ショウジョウバエの神経系における性特異的なニューロン死の遺伝的メカニズムを解明
研究者たちは、メスのショウジョウバエの発生中の神経系において、特定のニューロンの標的死が、grimとreaperという2つの遺伝子の正確なタイミングでの転写によって引き起こされることを特定しました。これらのニューロンは通常オスでは生存し、求愛歌の根底にある神経回路で重要な役割を果たしています。
神経系形成におけるプログラム細胞死の役割
機能的な神経系を構築するためには、適切な種類の適切な数の構成要素が必要です。その調整メカニズムの一つが、発生中のプログラム細胞死です。これは、特定のニューロンサブタイプが適切な数で存在するように神経系を形成し、後に配線されることを確実にします。研究者たちは、このプロセスを「ミケランジェロがダビデ像を彫刻するように、ショウジョウバエの分節的および性特異的な回路がプログラム細胞死を用いて発達中のニューロンから一つ一つ彫刻される」と表現しています。
grimとreaper遺伝子の重要性
King’s College Londonの研究者たちは、発達中のニューロンが成体ショウジョウバエにおいて将来の役割をどのように割り当てられるかを調査しました。彼らは、reaperとgrimという2つのプロアポトーシス遺伝子の転写が、プログラム細胞死として知られるプロセスを通じて、成体の神経系に必要とされない細胞を選択的に殺すことで細胞の運命を決定することを発見しました。この特定のタイプの細胞死は、ショウジョウバエで生まれるニューロンの半分以上を除去するにもかかわらず、これまでほとんど無視されてきました。
メスにおける「歌ニューロン」の選択的死を制御する時間特異的な遺伝的スイッチ
蛍光標識と新しい遺伝子ツールを用いて、研究チームは、性差のある神経系の違いが、正確なタイミングで起こる遺伝子発現イベントによって引き起こされるかどうかを検証しました。
- メスのショウジョウバエでは、発生のある特定の時期に一部のニューロンが死滅します。これらのニューロンは、オスが求愛中にメスが聞く「愛の歌」を生成するために成体オスに必要とされます。
- 研究者たちが発達中のショウジョウバエからreaperとgrimを除去すると、このニューロンのサブセットはメスに残存しました。これは、この細胞死のプロセスが性差のある神経学的違いを決定する上で重要であることを示しています。
- さらに、チームはオスのショウジョウバエの少数のニューロンで、メスに発達させる遺伝子を人工的に活性化しました。その結果、grimとreaperの発現レベルが「上昇」し、発達中のメスで自然に死滅するのと同じ種類のニューロンが死滅することが分かりました。
- ニューロンが生まれた直後に死のプログラムが「スイッチオン」されるこのプロセスは、神経系の長さ全体にわたる領域的な違いも形成します。
この研究は、神経回路が発達中および進化の過程でどのように微調整されるかという論理への道を開くものです。このような死のパターンが発達中にどのように調整されるかを理解することは、神経系がどのように構築されるかを理解するために不可欠です。この研究は、東京理科大学の研究者との共同で行われました。
元記事：A time-sensitive genetic switch for sex-specific features of developing neurons