発生生物学：ヒトの初期脳オルガノイド発生の形態動態
Nature 644, 8078 doi: 10.1038/s41586-025-09151-3
脳オルガノイドは、ヒト脳の発生の機構的研究を可能にし、制約のない発生系における自己組織化を探る機会を提供する。今回我々は、蛍光標識されたヒト誘導多能性幹細胞から作製した非誘導脳オルガノイドに対する、長期間にわたるライブ光シート顕微鏡法を確立した。これにより、オルガノイドが発生する数週間にわたって組織の形態、細胞の挙動、細胞内の特徴の追跡ができるようになる。我々は、オルガノイドの発生過程における細胞内の異なる特徴を同時に定量化できるようにするための、計算的な逆多重化手法と組み合わせた、デュアルチャンネルでマルチモザイクの、新規な複数タンパク質標識戦略を示す。我々は、アクチン、チューブリン、細胞膜、核、核膜の動態を追跡し、神経上皮の誘導、成熟、管腔形成、脳の領域化など、組織状態の移行の際の、細胞の形態計測的変化とアラインメントの変化を定量化した。その結果、画像化と単一細胞トランスクリプトームのモダリティーに基づいて、発生中の神経上皮内の管腔拡大と細胞の形態型組成は、細胞外マトリックス経路調節因子とメカノセンシングに関与する遺伝子発現プログラムの調節と関連していることが見いだされた。我々は、外部からマトリックスを与えると、管腔拡大に加えて、終脳の形成が促進される一方、外因性マトリックスなしで成長させた非誘導オルガノイドでは形態が変容して、神経堤や尾側化した組織アイデンティティーが増すことを示す。マトリックス誘導性の領域誘導と管腔形態形成は、非終脳領域の最初期の出現を示すWLS（WNT ligand secretion mediator）の空間的に限定された誘導など、WNTおよびHippo（YAP1）シグナル伝達経路に結び付けられた。総合的に我々の研究は、ヒト脳の形態動態研究の新たな道を開くものであり、脳の領域化過程においてマトリックスに関連したメカノセンシング動態が中心的役割を担っていることを裏付けている。
