単一の神経前駆細胞における Sonic Hedgehog 応答ダイナミクスと運命決定の不均一性

Core Concepts

単一神経前駆細胞における Sonic Hedgehog 応答ダイナミクスと細胞運命決定の間には大きな不均一性が存在する。

Abstract

本研究では、ゼブラフィッシュ胚の神経管形成過程において、単一神経前駆細胞のレベルで Sonic Hedgehog (Shh) 応答ダイナミクスと細胞運命決定の関係を解析した。

• 生きた神経前駆細胞を追跡し、Shh 応答レポーターと細胞運命レポーターの蛍光強度を定量的に測定した。
• 単一細胞レベルでは、Shh 応答ダイナミクスと細胞運命決定の間に大きな不均一性が見られた。同じ運命を選択した細胞でも Shh 応答が大きく異なり、逆に非常に似たShh 応答を示す細胞でも異なる運命を選択することがあった。
• Shh 応答の定量的な特徴(最大応答レベル、平均応答レベル、応答時間)と細胞運命の相関を解析したところ、前方神経管では各指標が良好に相関するのに対し、後方神経管では最大応答レベルのみが相関した。
• これらの結果は、神経前駆細胞における Shh 応答の解釈には不均一性が存在し、その程度は神経管の前後軸位置によって異なることを示している。

Stats

最大応答レベルが高い細胞ほど、より腹側の運命(外側床板細胞、運動神経前駆細胞)を選択する傾向がある。
前方神経管では、Shh 応答の平均レベルや応答時間も細胞運命と良好に相関するが、後方神経管ではこれらの指標は相関が低い。
細胞の位置(前後軸、背腹軸)は、前方神経管では細胞運命を良好に予測できるが、後方神経管では初期には予測力が低く、時間とともに高くなる。

Quotes

"単一細胞レベルでは、Shh 応答ダイナミクスと細胞運命決定の間に大きな不均一性が見られた。"
"前方神経管では各Shh 応答指標が良好に相関するのに対し、後方神経管では最大応答レベルのみが相関した。"
"これらの結果は、神経前駆細胞における Shh 応答の解釈には不均一性が存在し、その程度は神経管の前後軸位置によって異なることを示している。"

Key Insights Distilled From

Heterogeneity of Sonic Hedgehog response dynamics and fate specification in single neural progenitors

by Xiong,F., Te... at www.biorxiv.org 09-10-2018

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/412858v2

Deeper Inquiries

Shh 応答の不均一性が生じる原因は何か

Shh 応答の不均一性が生じる原因は、複数の要因によるものです。まず、細胞内シグナル伝達ネットワークの不均一性が影響しています。Shhシグナルは複雑な遺伝子調節ネットワークを介して細胞内で処理され、異なる運命決定をもたらします。このプロセスはShh応答レベルや持続時間などの要素を統合し、シグナル伝達や細胞位置におけるノイズによって影響を受けます。また、細胞の位置情報の不確定性や細胞間の相互作用もShh応答の不均一性に寄与します。細胞の移動やソーティングによって、運命領域の境界が微調整されることが示唆されており、これらの要因がShh応答の不均一性を生み出しています。

細胞内シグナル伝達ネットワークの不均一性や、細胞の位置情報の不確定性など、様々な要因が考えられる

Shh 応答と細胞運命決定の相関が前後軸で異なる理由は、神経管の形態や細胞動態の違いが影響している可能性があります。前軸と後軸では神経管の形態や細胞の動きが異なり、細胞間の相互作用やシグナル伝達の環境も異なるため、Shh応答と細胞運命決定の関連性が異なることが考えられます。特に後軸では細胞の混合がより多く起こる可能性があり、小さな神経管のサイズによるシグナルの位置ノイズが増加することで、Shh応答の不均一性がより顕著になる可能性があります。

Shh 応答と細胞運命決定の相関が前後軸で異なる理由は何か

Shh以外の形態形成因子（例：BMP）が細胞運命決定にどのように関与しているかについては、統合的な理解が重要です。これらの形態形成因子は、Shhとは異なるシグナル伝達経路を介して細胞の運命を制御し、神経管のパターン形成に重要な役割を果たしています。例えば、BMPは背側からのシグナルとして機能し、Shhとの並行した情報を提供することで、位置に応じた運命決定の精度を向上させる可能性があります。神経管のパターン形成において、複数の形態形成因子が協調して働くことで、正確な細胞運命決定が実現されると考えられます。