神経板

神経板は、神経系の基礎となる重要な発達構造です。胚の原始線条の反対側では、外胚葉組織が厚くなり、平らになって神経板になります。原始的な結び目の前の領域は、一般に神経板と呼ばれます。細胞は、長くなり、狭くなり続けるにつれて、プロセス中に円柱状の外観を呈します。神経として知られている神経板の端は、板の端を押し上げて一緒にし、脳と脊髄の発達に重要な構造である神経管に折り畳みます。このプロセス全体は、一次神経形成と呼ばれます。

シグナル伝達タンパク質は、神経板の発達においても重要であり、神経板になる運命にある組織を識別するのに役立ちます。そのようなタンパク質の例には、骨形成タンパク質およびカドヘリンが含まれる。これらのタンパク質の発現は、神経板の折りたたみとその後の神経管形成に不可欠です。

一次神経支配への関与

一般に4つに分けられ、一次神経形成のプロセスには、最初の3つのステップで神経板が関与します。神経板の形成と折り畳みは、一次神経形成の最初のステップです。これに続いて、神経板細胞の精製と成長が行われます。一次神経形成の3番目のステップは、神経板自体ではなく、神経板の端部が関与し、それらが一緒になってプレートを神経管の開始点に変えます。神経板がチューブに折り畳まれた状態で、神経のfoldが集まって神経管の融合が完了する。このプロセスは右の図に示されており、神経板は紫色で示されています。ライムグリーンは、神経板を折り畳んで神経管を作成する際に関与する、神経板の縁になります。この図は、神経板への神経管への発達を示しています。神経管は、神経堤細胞も由来しています。

一次神経形成では、外胚葉の層は、神経管（将来の脳と脊髄）、表皮（皮膚）、および神経堤細胞（表皮と神経管を接続し、ニューロン、グリア、および皮膚細胞色素沈着）。

開発

神経板形成の段階では、胚は3つの細胞層で構成されます。最終的に皮膚と神経組織を形成する外胚葉、筋肉と骨を形成する中胚葉、および消化管と気道を覆う細胞を形成する内胚葉です。神経板の神経組織の前駆細胞を構成する前駆細胞は、神経上皮細胞と呼ばれます。

脊索の上に伸びて、胚の背部の外胚葉細胞は最終的に神経板を形成するものです。それらの細胞の約半分は外胚葉を維持するように誘導され、残りの半分は神経板を形成します。

神経板と神経管の形成には、形成、屈曲、収束、閉鎖の4つの段階があります。神経板の形成は、背側中胚葉がその上の外胚葉細胞に信号を送り、円柱状の神経板細胞に伸びるときに始まります。この異なる形状は、推定神経板の細胞を他の表皮前細胞と区別します。神経板がそれ自体で分離されている場合、それはまだ薄い板を作るために発達しますが、神経管を形成しません。推定表皮と神経板組織を含む領域が分離されると、小さな神経neuralが形成されます。神経板の形成および神経管の閉鎖の全体にわたって生じる伸長は不可欠です。神経管の閉鎖領域は、プレートがそれ自体を管に成形し始めたときの既に閉鎖された領域と比較して、正中線で非常に増加した伸長活性を有すると見られる。

神経板の曲げには、神経板が周囲の組織に接続されているヒンジの形成が含まれます。神経板の正中線は、中央ヒンジ点（MHP）を指します。この構造に関与しているため、内側ヒンジ点細胞として知られるこの領域の細胞は安定化され、脊索に接続されます。それらは、原始的な結び目の前の神経板の領域に由来します。脊索は、MHPセルの形状変更を開始します。これらのセルの高さは減少し、くさび形になります。別のタイプのヒンジポイントは、背外側ヒンジポイント（DLHP）と呼ばれる背外側に発生します。これらの領域は、神経管を形成するために互いに接続する前にMHP細胞が行うのと同じ方法で溝を形成し、形を変えます。実験では、脊索なしではMHPの特性が正しく発達せず、そのため神経板と神経管の形成が適切に起こらないことがわかりました。神経板と脊索との間のコミュニケーションは、神経管の将来の誘導と形成にとって重要です。

神経管の閉鎖は、神経のfoldが集まって互いに接着すると完了する。神経管として残っている細胞は脳と脊髄を形成しますが、神経板の一部であった他の細胞は神経堤細胞として管から離れて移動します。上皮間葉移行後、これらの細胞は自律神経系と末梢神経系の特定の細胞を形成します。

細胞シグナル伝達と必須タンパク質

神経板の適切な折りたたみと機能にとって重要なのは、神経系に関連するカドヘリンタンパク質の一種であるN-カドヘリンです。 N-カドヘリンは、神経板細胞を一緒に保持するために重要です。さらに、神経板細胞になる運命にある細胞は、神経板接着分子（NCAM）を発現して、さらに神経板の凝集を促進します。別のカドヘリン、E-カドヘリンは、神経板の発達過程で外胚葉細胞によって発現されます。

骨形成タンパク質4またはBMP4は、外胚葉の細胞を皮膚細胞に分化させる形質転換成長因子です。 BMP4がなければ、外胚葉細胞は神経細胞に発達します。外胚葉下の軸中胚葉細胞は、コーディン、ノギン、フォリスタチンと呼ばれる阻害シグナルを分泌します。これらの抑制シグナルは、通常は細胞を外胚葉にするBMP4の作用を防ぎます。その結果、上にある細胞は通常の経過をたどり、神経細胞に発達します。これらの神経細胞を取り囲む外胚葉の細胞は、BMP4阻害剤のシグナルを受信しないため、BMP4はこれらの細胞を皮膚細胞へと発達させます。

神経板境界指定子は、転写因子のセットとして誘導されます。 Distalless-5、PAX3およびPAX7は、境界領域が神経板または表皮になるのを防ぎます。これらは、神経堤指定子と呼ばれる転写因子の第2のセットを誘導し、細胞を神経堤細胞にします。

新しく形成された神経板では、PAX3 mRNA、MSX1 mRNA、およびMSX1 / MSX2タンパク質が内側外側に発現しています。神経板が折り畳まれ始めると、神経板の吻側領域はPax3およびMSXタンパク質を発現しません。神経管閉鎖の尾側の領域では、PAX3およびMSXの発現が神経の外側領域に制限されています。 mRNAおよびタンパク質発現のこれらの変動は、神経板細胞の分化においてそれらがどのように役割を果たすかを暗示しています。

pSMAD 1、5、8のレベルが低いと、外側の神経板細胞よりも中央のヒンジポイントでより大きな可動性が得られます。この柔軟性により、神経管をフォーマットするときに神経板の座屈と持ち上げを可能にするピボットとヒンジが可能になります。神経板は、形態形成の動きが発生するのに十分な剛性を持たなければならないが、神経管への変換のために形状および位置の変化を受けるのに十分な柔軟性を備えている必要がある。

他の動物

神経管はさまざまな種で異なって閉じますが、人間とニワトリの違いは最も研究されているものです。人間では、神経管は胚の中心部から融合し、外側に向かって動きます。ニワトリでは、神経管の閉鎖は将来の中脳領域で始まり、両方向に閉じます。鳥や哺乳類では、閉鎖は同時に起こりません。

イモリおよび一般的な両生類の胚では、細胞分裂は形態形成の推進的役割ではありません。イモリの胚細胞ははるかに大きく、卵の色素沈着を示して細胞を互いに区別します。イモリの神経板は、長さが2倍になり、頂端の幅が減り、厚さが増します。プレートの縁は背側に立ち上がり、正中線に向かって折り畳まれて神経管を形成します。先端表面積が減少します。

ニワトリ胚では、神経板の長さは増加し、頂端の幅は減少しますが、板の厚さは劇的には変化しません。神経板がハンバーガー-ハミルトン段階を進むにつれて、神経板がチューブ状に折り畳み始めるHH6-7頃まで板が厚くなります。両生類の胚とは異なり、神経突起形成中に先端の表面積が増加します。マウス胚では、プレートの中央の両側に大きな凸状の曲線があります。プレートが一緒に回転して神経管を形成するときに、この曲線を逆にする必要があります。

研究

神経板の研究は、外胚葉の決定と神経経路への関与を調べることから本格的に始まりました。研究および実験技術の発展に伴い、神経形成の研究および成長中の胚における神経板の開発および役割に大きな進歩があった。そのような技術の使用は、開発の段階と全体的な研究目標によって異なりますが、細胞の標識や移植などの方法が含まれます。

細胞標識

in situハイブリダイゼーション（ISH）のプロセスは、DNAまたはRNA配列の標識に続き、胚内のmRNA配列に相補的なアンチセンスmRNAプローブとして機能します。蛍光染料または放射性タグで標識すると、プローブと胚内のプローブの位置を視覚化できます。この手法は、組織内の遺伝子発現の特定の領域だけでなく、ホールマウントin situハイブリダイゼーションを通じて胚全体を通じて特定の領域を明らかにするので便利です。この技術は、胚の適切な発達に必要な遺伝子発現の決定によく使用されます。発生中の胚の特定の遺伝子にマークを付けると、遺伝子が活性化される正確な時間と場所を決定でき、発生における特定の遺伝子の役割に関する情報を提供します。

in situハイブリダイゼーションのプロセスと同様に、免疫蛍光（IF）により、特定の細胞要素の発生における役割を決定することもできます。ただし、in situハイブリダイゼーションとは対照的に、免疫蛍光法では、DNAやRNA配列ではなく、タンパク質などの生体分子標的を含む抗体に結合した蛍光団を使用します。これにより、細胞の生体分子要素を視覚化できます。胚形成の研究では、免疫蛍光は、胚の発生に関与するタンパク質の追跡、およびそれらの特定の時間と生産と使用の場所の追跡のために、ハイブリダイゼーションと同様の目的に使用されます。現在の研究は、免疫蛍光法を拡大し、蛍光または放射性のインサイチューハイブリダイゼーション法と組み合わせています。この組み合わせは、特異性を高め、個々の技術の限界を取り除くと考えられています。たとえば、組織内の対比染色と複数のタンパク質標識を強化したこの方法。

細胞移植

胚発生の初期段階での細胞移植は、細胞運命と決定プロセスに関する重要な情報を提供してきました。神経形成の特定の段階での移植は、神経板および他の構造の適切な発達に必要なシグナル伝達に関する高度な研究を行っています。外胚葉と神経構造の移植は非常に専門的でデリケートな手順であり、目的の細胞群を除去してマーキングした後、例えば胚の新しい領域に移植する必要があります。

アフリカツメガエルとニワトリの胚で行われた移植実験は、感覚器官の機能に不可欠な外胚葉細胞のグループである前乳腺領域を含む細胞の他の領域を誘導する神経板の能力を示しています。