脊髄V1抑制性介在ニューロンの系統が生成時期、運動ニューロンへの投射、および多様性において異なる

Core Concepts

V1抑制性介在ニューロンは4つの主要なサブグループに分類され、それらは生成時期、運動ニューロンへの投射、および多様性において大きく異なる。

Abstract

本研究では、脊髄の主要な抑制性介在ニューロンであるV1ニューロンの多様性について明らかにしている。
主な知見は以下の通り:

V1ニューロンは4つの主要なサブグループ(Renshaw細胞、Pou6f2-V1、Foxp2-V1、Sp8-V1)に分類される。これらのサブグループは、生成時期、運動ニューロンへの投射、および多様性において大きく異なる。

Renshaw細胞とPou6f2-V1ニューロンは早期に生成され、運動ニューロンに強く結合する。一方、Foxp2-V1とSp8-V1ニューロンは後期に生成され、運動ニューロンとの結合は弱い。

Foxp2-V1ニューロンは最も大きなサブグループであり、運動ニューロンへの最も強い抑制性入力を提供する。Foxp2-V1ニューロンにはさらに細かい下位グループが存在し、それらは生成時期や固有受容器入力の違いによって区別される。

Foxp2-V1ニューロンの一部は、運動ニューロンに対する逆行性抑制回路の一部を形成していることが示唆された。

V1ニューロンの多様性の増大は、四肢運動を司る哺乳類の進化に伴って生じたと考えられる。

本研究は、V1ニューロンの発生学的および機能的多様性を明らかにし、運動制御における役割を理解する上で重要な知見を提供している。

Stats

V1ニューロンの約71.4%が、E9.5からE12.5の間に生成される。
Renshaw細胞とPou6f2-V1ニューロンの多くは、E11より前に生成される。一方、Foxp2-V1とSp8-V1ニューロンの多くは、E11以降に生成される。
Foxp2-V1ニューロンは全V1ニューロンの約55.7%を占める。
下位腰髄(L3-L6)のFoxp2-V1ニューロンの数は、上位腰髄(Th13、L1)や仙髄(S1)と比べて有意に多い。
Foxp2-V1ニューロンと運動ニューロンの比は、下位腰髄で2:1から3:1程度と比較的一定である。

Quotes

"V1 diversity increases during evolution from axial-swimming fishes to limb-based mammalian terrestrial locomotion and this is reflected in the size and heterogeneity of the Foxp2-V1 clade which is closely associated to limb motor pools."
"We show Foxp2-V1 interneurons establish the densest and more direct inhibitory synaptic input to motoneurons, especially on cell bodies."

Key Insights Distilled From

SPINAL V1 INHIBITORY INTERNEURON CLADES DIFFER IN BIRTHDATE, PROJECTIONS TO MOTONEURONS AND HETEROGENEITY

by Worthy,A. E.... at www.biorxiv.org 12-01-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.11.29.569270v1

Deeper Inquiries

V1ニューロンの多様性の進化的意義はどのようなものか?

V1ニューロンの多様性は進化的に重要な役割を果たしています。特に、Foxp2-V1クレードの多様性は、四肢筋の制御に密接に関連しています。このクレードは、四肢の運動プールに最も密接に関連しており、運動制御において重要な役割を果たしています。また、V1ニューロンの多様性は、進化の過程で四肢運動の複雑性が増すにつれて、より多様な機能を持つようになったことを示唆しています。これは、四肢運動の進化に伴い、神経回路の多様性が増し、より高度な運動制御が可能になったことを示しています。

Foxp2-V1ニューロン以外のV1サブグループの機能的役割はどのようなものか?

Foxp2-V1ニューロン以外のV1サブグループも重要な機能を果たしています。例えば、Renshaw細胞は、運動ニューロンに対して強い抑制性シナプスを形成し、運動制御において重要な役割を果たしています。また、Pou6f2-V1ニューロンは、特定の運動ニューロンに対して異なるシナプス結合を形成し、運動制御のパターン化に寄与しています。さらに、Sp8-V1ニューロンは、他のV1サブグループとは異なるシナプス結合パターンを持ち、運動ニューロンの活動を調節しています。これらのV1サブグループは、それぞれ異なる機能的役割を果たし、神経回路の多様性と運動制御の複雑性に貢献しています。

Foxp2-V1ニューロンの多様性が運動制御にどのように寄与しているのか?

Foxp2-V1ニューロンの多様性は、運動制御に重要な役割を果たしています。特に、Foxp2-V1クレードは、四肢筋の制御に特化しており、四肢運動の調節に重要な役割を果たしています。これらのニューロンは、四肢の運動プールに密接に位置し、運動ニューロンに対して密なシナプス結合を形成しています。このような密接な関係により、Foxp2-V1ニューロンは、四肢運動の正確な制御や調整に貢献しています。さらに、Foxp2-V1ニューロンの多様性は、神経回路の複雑性を高め、運動制御の精密さを向上させる役割を果たしています。Foxp2-V1ニューロンの多様性は、運動制御の理解に重要であり、神経変性疾患などの疾患における早期の病態にも影響を与える可能性があります。