幹細胞は、再生医療での使用の可能性のために大きな関心事です^1,2。多くの動物、特に長命の動物は、成体組織内で幹細胞を維持しています。これらの常在幹細胞は、組織の恒常性を維持するために機能し、身体的傷害または疾患後の修復に利用される^3,4。成体動物におけるほとんどの幹細胞は静止状態であり、細胞周期停止および成長シグナル伝達の不活性化を特徴とする比較的休眠状態である⁵。外因性の手がかりに応答して、幹細胞は静止状態から抜け出し、細胞周期に入り、組織型に特異的な娘の子孫を生成し始める。例えば、効果的な免疫応答をマウントするために、抗原提示細胞は静止期のナイーブT細胞を誘導して細胞周期に入り、クローン的に拡張^する6。骨格筋損傷に応答して、筋衛星幹細胞は細胞周期に入り、損傷した筋原線維を置き換えるために娘筋芽細胞を生成する^5,7。静止幹細胞が外因性シグナルに応答することは明らかであるが、多くの場合、外因性手がかりの性質および手がかり誘導幹細胞活性化のメカニズムは不明のままである。静止幹細胞が外因性の手がかりにどのように反応し、細胞周期に入るかについてのより良い理解を得ることは、診療所におけるより良い幹細胞療法の開発に役立ち、科学的知識を増加させるでしょう。

何十年もの間、モデル生物は、発生中および成人期の幹細胞増殖を調節する遺伝子および細胞シグナル伝達経路を明らかにするために使用されてきた。ショウジョウバエでは、神経芽細胞(NB)として知られる神経幹細胞(NSC)が発達中分裂し、最終的に統合するすべてのニューロンとグリアが生成され、脳機能に必要な神経回路を形成します^8,9。他の幹細胞と同様に、NBは自己再生するために非対称的に分裂し、場合によっては対称的に分裂して幹細胞プールを拡張する。NBは胚発生時に特定され、そのほとんどは母親の栄養貯蔵量の減少と同時に、終わりに向かって静止状態に入る(図1)。胚発生が完了すると、幼虫は孵化し、摂食を開始する。動物摂食に応答して、NBは静止から再活性化し、細胞分裂を再開する¹⁰、11、¹²、^13、14、^15、16。ショウジョウバエのCNSは比較的単純であり、NBは定義された時間に静止に出入りするため、ショウジョウバエを使用して静止、出入りの調節を調査することは理想的であることが証明される。

図1:発生時間にわたるCB NB(中枢脳神経芽細胞、赤)およびMB NB(キノコ体神経芽細胞、青)の相対増殖。 胚発生の終わりに、ほとんどのNB(赤い線)は増殖を停止し、静止状態に入る。孵化したばかりの幼虫が最初の完全な食事を消費するまで、静止は続きます。この方法論の焦点の時間は、赤い円(1、静止および2、再活性化)で示されます。MB NB(青)は、発達中枢脳NBのサブセットであり、発達中(脳半球あたり4つ)に継続的に分裂する。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

動物摂食に応答して、PI3キナーゼおよびTOR成長シグナル伝達経路は、NBsおよびそれらのグリアおよび気管ニッチにおいて活性になる¹⁰、¹¹、^15、16。食事性栄養素が取り出されるか、またはPI3キナーゼのレベルが低下すると、NBは再活性化に失敗し、グリアおよび気管の成長も減少する^10,11,15,16。現在のモデルは、NB再活性化が脂肪体による幼虫の成長に結合され、動物摂食に応答して全身シグナルを放出すると仮定している¹²、^17、18。このシグナルは、とらえどころのないままであり、脳内のショウジョウバエインスリン様ペプチド(Dilps)の発現および放出を促進する可能性が高く、NBおよびそれらのグリアおよび気管ニッチにおけるPI3キナーゼの下流活性化をもたらす。全身の手がかりの性質をよりよく理解するために、我々は培養された脳外植体において静止性NBを再活性化する方法を開発した。この方法を使用すると、NBsの再活性化を、動物全体の全身的手がかりの非存在下でアッセイすることができる。外因性因子は、培養培地に再供給され得、そしてチミジン類似体EdUの組み込みに基づいてアッセイされたNB再活性化である。この方法を用いて、我々は、外因性インスリンが脳外植体における静止性NBを再活性化するのに十分であると決定した。今後の研究は、脳外植体におけるNB静止を正または負に調節する追加因子を特定することを目的としている。