神経板の形成

神経発生の最初の形態的な変化は、神経板の形成です。これはまず神経板になる部分の細胞の形が縦長に伸びるところから始まります。

https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/neural-plate

神経誘導におけるBMP阻害とFGFシグナリングの役割

BMP inhibition initiates neural induction via FGF signaling and Zic genes Leslie Marchal, Guillaume Luxardi, Virginie Thomé, and Laurent Kodjabachian kodja@ibdml.univ-mrs.frAuthors Info & Affiliations Edited by Igor B. Dawid, National Institute of Child Health and Human Development, Bethesda, MD, and approved August 19, 2009 October 13, 2009 106 (41) 17437-17442　https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.0906352106　 neural induction is controlled by BMP inhibition, which activates directly, and, via FGF instructive activity, early neural regulators such as Zic genes.

1. The response of early neural genes to FGF signaling or inhibition of BMP indicate the absence of a conserved neural induction module Crystal D Rogers 1, George S Ferzli 1, Elena S Casey BMC Dev Biol. 2011 Dec 15;11:74. doi: 10.1186/1471-213X-11-74
2. Combinatorial Fgf and Bmp signalling patterns the gastrula ectoderm into prospective neural and epidermal domains　Development. 2004 Aug;131(15):3581–3592. doi: 10.1242/dev.01227 https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2789263/

神経板、神経管の形成にかかわるシグナルのまとめ

BMPが外胚葉で発現しており、それが外胚葉の細胞が表皮になるシグナルの役割を果たしています。脊索からはBMPの阻害因子であるchordin, nogginなどが分泌されてその部分の運命を神経系にシフトさせます。もともとあるBMPシグナリングを阻害することで神経誘導が生じるというカラクリは予想外のことで驚きでした。脊索はソニックヘッジホッグ（SHH)も分泌しており、それが神経板に働きかけて将来、神経管のFloor Plate（底板）になる部分を分化させます。底板はそれ自身もshhを発現するようになり、周囲の組織の分化にかかわることになります。BMPは、表皮になる部分に発現していて、神経板になる部分は抑制をうけますが、その中間の部分では、「中程度」の強さのシグナルとして働きます。また、神経管の背側の部分「roof plate」がBMPを発現してシグナルとして、神経管の背腹軸方向の細胞のアイデンティティを決定するのに役割を担います。

https://bastiani.biology.utah.edu/courses/3230/db%20lecture/lectures/b15NeuroHH.html

横からくるBMPシグナルおよびその阻害がメインのシグナルだと思います。

https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Farticles%2Fnrn1805&psig=AOvVaw1efNk1Wo6aPwMkESSqJcz_&ust=1730606329991000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBQQjRxqFwoTCKDrsKL4vIkDFQAAAAAdAAAAABAE

Bone morphogenetic protein signalling and vertebrate nervous system development 01 December 2005 　Aimin Liu & Lee A. Niswander Nature Reviews Neuroscience volume 6, pages945–954 (2005)　https://www.nature.com/articles/nrn1805

https://media.springernature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1038%2Fnrn1805/MediaObjects/41583_2005_Article_BFnrn1805_Fig2_HTML.jpg

FGFやWNTも同様の働きがあるようです。何を図示かは動物種によるかもしれません。レビュー論文ごとに異なる部分があります。

Neural Plate Patterning by Secreted Signals Oliver Wessely ∙ E.M De Robertis　NEURON　Volume 33, Issue 4p489-491February 14, 2002 derobert@hhmi.ucla.edu　https://www.cell.com/fulltext/S0896-6273%2802%2900596-2

22.2 Early embryonic development of the nervous system: Formation of the neural tube and neural crest　https://embryology.ch/en/organogenesis/nervous-system/early-embryonic-development-of-the-nervous-system/molecular-mechanisms-in-the-early-development-of-cns/dorso-ventral-polarity-of-neural-tube.html?p=2.2

脊索からBMPの阻害因子が分泌されているのかが気になって、それを示した実験データを探してみました。案外見つからないものです。下の論文の図のMとOはそれみたい。

Current Biology Volume 12, Issue 1p47-52January 08, 2002 Opponent Activities of Shh and BMP Signaling during Floor Plate Induction In Vivo https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(01)00631-5

1. Noggin-mediated antagonism of BMP signaling is required for growth and patterning of the neural tube and somite Jill A. McMahon1, Shinji Takada1,4, Lyle B. Zimmerman3,5, Chen-Ming Fan2, Richard M. Harland3, and Andrew P. McMahon1,6 doi: 10.1101/gad.12.10.1438 Genes & Dev. 1998. 12: 1438-1452

神経板

1. https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/neural-plate

神経板の初期分子マーカー

神経板がどのようにして誘導されるかを知るためには、神経板で早い段階で特異的に発現してくる遺伝子が何かを把握するのが重要です。それがわかれば、その遺伝子発現が何によって誘導されたかを考えることができます。

Sox2

Sox2は、神経板の最も早期の決定的なマーカーであり、神経板のアイデンティティを確立する過程で重要な役割を果たします。

1. A Mechanism Regulating the Onset of Sox2 Expression in the Embryonic Neural Plate 神経板の最も初期の決定的なマーカーは転写因子 Sox2 であり、これは ERNI、ジェミニン、BERT、HP1α、HP1β、およびクロマチンリモデリング酵素 Brm 間の相互作用によって制御されます。 PLoS Biology C. Papanayotou et al. 171 Citations 2008
2. Nature. 2011 Feb 17;470(7334):394–398. doi: 10.1038/nature09729 Tbx6-dependent Sox2 regulation determines neural vs mesodermal fate in axial stem cells

下の論文でSox2の神経板における発現が示されています（in situ ハイブリダイゼーションで転写産物を検出）。パネルAを見ると、通常、Sox2は神経板の前方部分（前脳になる領域）で発現していることがわかります。

Epigenetic activation of Sox2 gene in the developing vertebrate neural plate Mol Biol Cell. 2016 Jun 15;27(12):1921–1927. doi: 10.1091/mbc.E16-01-0042　https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4907725/

SOX1

SOX1は、神経運命にコミットした外胚葉細胞で最も早期に発現する転写因子の一つであり、神経板の誘導と一致して発現が開始されます。

1. A role for SOX1 in neural determination. SRY に関連する HMG ボックス タンパク質である SOX1 は、神経運命が決定された外胚葉細胞で発現される最も初期の転写因子の 1 つであり、胚の中枢神経系 (CNS) の分裂中の神経前駆細胞を定義します。 Development L. Pevny et al. 496 Citations 1998　https://journals.biologists.com/dev/article/125/10/1967/39814/A-role-for-SOX1-in-neural-determination　図１　　Immunohistochemical analysis of SOX1 during mouse and rat embryogenesis. (A) Transverse section through the anterior region of a 7.5 dpc mouse embryo. SOX1 labeling is restricted to the neural plate. (B) Transverse section through the anterior region of a 2 somite mouse embryo. SOX1 labeling is restricted to the neural folds. (C) Transverse section through the posterior region of a 10-12 somite mouse embryo. SOX1 labeling is restricted to the neural tube. (D) Transverse section through the thoracic region of a 20 somite mouse embryo. SOX1 labeling is detected in the early neural tube but is excluded from the ventral midline region of the floor plate (FP, arrow).Sox2　図１aをみるとSOX1が神経板に局在している様子がハッキリとわかります。神経管が形成された時期の図１cでは神経管に特異的に発現しています。

SOX1遺伝子発現にBMPやFGFが関与するのかconsensus.aiに訊いてみました。BMPで誘導され、FGFで維持されるという回答です。

Inhibition of BMP signaling is sufficient to induce neural markers, including SOX1, in ectodermal explants, suggesting that neural fate is the default state in the ectoderm when BMP signaling is blocked . The use of BMP inhibitors like Noggin and DMH1 can effectively induce SOX1 expression in human-induced pluripotent stem cells (hiPSCs), highlighting the role of BMP antagonists in neural induction .

FGF signaling is necessary for maintaining the early domain of sox gene expression, including SOX1, in neural tissue. Without FGF signaling, this domain can revert to non-neural fates. The combined inhibition of BMP and TGF-β pathways, using small molecule inhibitors, allows for precise regulation of SOX1 expression, which is crucial for proper neural induction and lineage specification.

XASH-3

XASH-3は、神経誘導の非常に早い段階で発現し、神経板の位置を示すマーカーとして機能します。

1. XASH-3, a novel Xenopus achaete-scute homolog, provides an early marker of planar neural induction and position along the mediolateral axis of the neural plate.  Development K. Zimmerman et al. 134 Citations 1993　https://journals.biologists.com/dev/article/119/1/221/37847/XASH-3-a-novel-Xenopus-achaete-scute-homolog　XASH-3 は、アフリカツメガエルの神経板の内外軸に沿った神経誘導と位置の初期マーカーです。　Comparison of XASH3 and N-CAM expression in late-gastrula stage embryos. XASH3 (A,B,C) and N-CAM (D,E) expression in stage 14 embryos was determined by whole-mount in situ hybridization (A,D). Cross-sections of similarly staged embryos are also shown (B,C and E). Open arrow in A indicates XASH3 expression lateral to the neural plate; closed arrow indicates the mediolaterally restricted stripe revealed by crosssection in B, and the arrowhead indicates the transverse ‘eyebrow’ stripe revealed by cross-section in C. In A, anterior is towards 11 o’clock and, in D, it is towards 1 o’clock. Note the restricted expression of XASH3 along the mediolateral axis of the neural plate (B) in comparison to that of N-CAM (E).

Gbx2

Gbx2は、神経板の後方化に関与し、神経板のパターン形成において重要な役割を果たします。

1. The posteriorizing gene Gbx2 is a direct target of Wnt signalling and the earliest factor in neural crest induction Gbx2 は神経堤誘導における最も初期の因子であり、神経板の後部化に役割を果たします。 Development Bo Li et al. 146 Citations 2009 Info In Vitro Trial Info Highly Cited　https://journals.biologists.com/dev/article/136/19/3267/65330/The-posteriorizing-gene-Gbx2-is-a-direct-target-of　　　Gbx2 is expressed in posterior ectoderm that includes the prospective neural crest. (A-C) Hypothesis of neural crest (NC)induction by the posteriorizing activity of Gbx2. (D-S) In situ hybridization at the indicated stages for the indicated genes. (D-G)Dorsal view, anterior to the top. (H-K) Transverse sections. (L-O) Lateral view, anterior to the left. (P-R) Dorsal view, anterior to the top. Arrowhead,NC; arrow, gap in Gbx2 expression. (S) Detail of the neural fold region in a lateral view, anterior to the top, midline to the right.(T) Summary of Gbx2 and Snail2 expression at stage 16. Anterior to the top, midline to the right. Different tones of purple denote different levels of Gbx2 expression. Blue, NC.

　N-CAM

N-CAM RNAの発現は、神経誘導の初期応答として、神経板に局在します。

1. Expression of Xenopus N-CAM RNA in ectoderm is an early response to neural induction. N-CAM RNA の発現は、胚葉形成中に神経板に局在し、外胚葉における神経の関与のマーカーとなります。 Development C. Kintner et al. 468 Citations 1987　https://journals.biologists.com/dev/article/99/3/311/51817/Expression-of-Xenopus-N-CAM-RNA-in-ectoderm-is-an

pou5f3/pou2

1. Involvement of an Oct4-related PouV gene, pou5f3/pou2, in neurogenesis in the early neural plate of zebrafish embryos. Pou5f3 は、ゼブラフィッシュの胚において、前神経クラスターにおける初期の神経発生を促進し、後期の神経発生を負に制御します。 Developmental biology Chihiro Inomata et al. 6 Citations 2019

Xsnail

1. Relationship between gene expression domains of Xsnail, Xslug, and Xtwist and cell movement in the prospective neural crest of Xenopus. Xsnail は、神経誘導における神経板の決定のための最も初期のマーカーです。 Developmental biology C. Linker et al. 103 Citations 2000

neurogenin

1. The activity of neurogenin1 is controlled by local cues in the zebrafish embryo. ゼブラフィッシュ胚の初期神経板におけるニューロジェニン1の発現はDelta/Notchシグナル伝達によって調節され、異所性ニューロンの発達につながる可能性があります。 Development P. Blader et al. 259 Citations 1997
2. Multiple regulatory elements with spatially and temporally distinct activities control neurogenin1 expression in primary neurons of the zebrafish embryo ゼブラフィッシュの胚におけるニューロジェニン1の発現は複数の調節要素によって制御され、特定のニューロン前駆細胞における発現を促進し、神経板におけるその発現を調節します。 Mechanisms of Development P. Blader et al. 164 Citations 2003
3. A novel zebrafish bHLH gene, neurogenin3, is expressed in the hypothalamus. ニューロジェニンは​​決定因子として作用し、脊椎動物の神経発生における分化遺伝子の発現を開始します。 Gene Xukun Wang et al. 43 Citations 2001

その他

1. A gene regulatory network for neural induction 神経誘導のための遺伝子制御ネットワークは、175 個の転写制御因子とそれらの間の 5,614 個の予測される相互作用で構成され、信号への最初の露出から成熟した神経板マーカーの発現までの細かい時間的ダイナミクスを備えています。 eLife K. Trevers et al. 5 Citations 2021
2. The Netrin receptor Neogenin is required for neural tube formation and somitogenesis in zebrafish. ネオジェニンは​​、ゼブラフィッシュの胚における神経管形成と体節形成において重要な役割を果たし、神経外胚葉細胞と中胚葉細胞の両方の細胞極性または移動方向性を決定します。 Developmental biology D. Mawdsley et al. 65 Citations 2004

神経誘導の分子的実態：ＢＭＰアンタゴニスト

ＢＭＰシグナルは表皮への分化を規定するのに対して、BMPシグナルのアンタゴニストが表皮への分化の経路を、神経系への分化へと変更させる働きがある、つまり、神経誘導の分子的な実態はＢＭＰアンタゴニストであるということが明らかになっています。

神経誘導に関しては外胚葉のデフォルトが神経組織への分化で、BMPシグナルが働いたときに外胚葉は表皮外胚葉として分化することが明らかとなった。オーガナイザーの近辺ではBMPと結合するNogginやChordinが発現しており、これらがBMPと結合するために､その近辺ではBMPシグナルが遮断され、神経として分化する。すなわち、神経誘導に関しては当初の発生学者たちが考えたように、ある特別な誘導物質が外胚葉に働いてそれを神経外胚葉として分化させるのではなく、むしろシグナルが入らないデフォルトの状態が神経外胚葉であるということである。

ＢＭＰシグナルのアンタゴニストが存在せず、そもそもＢＭＰシグナルすら存在しない状態であれば、デフォルトとしては表皮は神経系に分化する運命にあるというわけです。神経系への分化は非常に特別なことのように感じられるので、それがデフォルトだという発見はかなり意外性が高いことだと思います。

Three secreted factors, Noggin, Chordin, and Follistatin, have been found to possess neural-inducing activity in Xenopus. These secreted factors are expressed in the organizer of gastrula embryos and induce neural tissues in the ectoderm (Sasai et al., 1994; Smith and Harland, 1992; Lamb et al., 1979; Hemmati-Brivanlou et al., 1994). As these factors bind to and antagonize BMP, neural induction is caused by blocking the activation of the BMP pathway, which induces epidermal fates (Piccolo et al., 1996; Sasai et al., 1995; Zimmerman et al., 1996; Fainsod et al., 1997).

Spemann-Mangold organizer and mesoderm induction　Makoto Asashima, Yumeko Satou-Kobayashi　Cells & Development Available online 1 February 2024, 203903

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667290124000044

1. Neural Induction (review) Development Growth and Differentiation 1998;40:363-376 (PDF)

中枢神経は、脳と脊髄を纏めた総称です。末梢神経はそれ以外の神経全てです。そう考えると「もれ」も「だぶり」もなくてスッキリしますが、いろいろな説明を読んでいると、わかりにくくて混乱させられます。

末梢神経系とは、中枢神経系以外の神経系、すなわち脳と脊髄以外の神経のことを指します。

https://www.msdmanuals.com/ja-jp/home/09-脳、脊髄、末梢神経の病気/末梢神経疾患と関連疾患/末梢神経系の概要

末梢神経に含まれるものとしては、脳と頭部、顔面、眼、鼻、筋肉、耳をつなぐ神経（脳神経）、脊髄と体の他の部位をつなぐ神経（31対の脊髄神経を含む）、その他、体中に分布している神経細胞が含まれます。

末梢神経は、大きく以下の3つに分けられます。

1. 運動神経：全身の筋肉を動かす機能
2. 感覚神経：痛み、冷感、触れた感触など、皮膚の感覚や振動、関節の位置などを感じる機能
3. 自律神経：血圧・体温の調節や心臓・腸など内臓の働きを調整する機能

https://www.saiseikai.or.jp/medical/disease/neuropathy/

人間の赤ちゃんは母親の子宮の中で発生し、育ちます。母親の外で独立して発生するニワトリの卵や魚やカエルの卵とは異なり、人間の場合、胎児は発生に必要な栄養を母体から得ていますが、母体と胎児を繋ぐのが胎盤です。胎盤のおかげで、赤ちゃんは必要な栄養や酸素を得ているわけです。

「“常位”というのは、胎盤が子宮の正常な位置についているという意味で、胎盤が子宮の出口にかかっていてトラブルを起こしやすい前置胎盤などではないということです。普通のお産では赤ちゃんが娩出した後に胎盤が剥がれますが、ある日突然、胎盤が剥がれてしまう病気なのです」https://jp.moony.com/ja/tips/pregnancy/pregnancy/trouble/pt0261.html

頭がいい悪いは、学校ではテストの成績で測られて、成績でお互い頭がいい悪いという印象付けが行われることが多いかもしれませんん。しかし、テストで測っているものは本当に頭の良さでしょうか。頭の良さを測るために作られた問題であっても、テスト勉強をした学生が、とりあえず知識を詰め込んで何とか対象してテストの点数だけは取れてしまったということも起こりえます。数学の問題を解くときに、与えられたものを素直に見て取り組んで論理的思考によって答えを得るのではなく、予め詰め込んでおいた解法のパターンと照らし合わせて、この問題はアレだ！みたいに当てはめるやり方です。あるいは、英語の長文をちゃんと頭から文法に則って読むことをせずに、単語の意味だけを拾って、なんとなく意味が通りそうな文を作り上げると、ある程度は英語の問題も解けてしまうといった具合です。

実はテストで同じ点数を取った学生が二人いたとしても、その二人のテスト勉強のやりかたにそのような差があった場合は、もはやそのテストは頭の良さを正しく測定できたとはいえないのです。

分けること

自分の周りにある様々なものを、分けて考えることが第一歩です。机と椅子。人間と犬。大人と子供。自分と他人。netherthelessとnonetheless。何が同じで何が違うのか、同じカテゴリーにまとめていいのか、違うのか。物事が理解できていない場合、何かと何かを混同してしまっていて区別がついていないということがしばしばあります。

抽象―具体の階層に分けること

リンゴ、ミカン、バナナ、つまり果物。肉、魚、野菜、つまり食べ物。あらゆるものは、抽象度、具体度によって同じ階層の同じグループかどうかに分類できます。「度」というときには、何かしらの基準が必要です。果物と言う場合には、そもそも果物とは何かが定義されていないといけません。定義がされいてはじめて、椅子が果物かどうかの議論ができます。カメの甲羅は骨かどうかなど。

CEME

分けるときに大事な観点は、全てのモノが分類対象になるようにすることです。果物とそれ以外とすれば、果物の定義を満たすものは果物に分類され、果物の定義を満たさないものは「それ以外」に分類できます。

関連性

原因と結果。因果関係はないが相関していることなど。喫煙者であることと、タバコを携帯していることとは因果関係があります。タバコを携帯していることと、携帯用灰皿を持っていることとは、直接は因果関係にありません。喫煙者であることを通じて両方が「結果」になっており、相関しているのです。

論理

「命題」（主張）と「命題」（主張）との間の関連性です。命題をpやqで表すと、pならばqと言った具合です。そのときにqはpであるための必要条件であり、pはqであるための十分条件であると言った言い方をします。

推論

演繹、帰納が有名です。アブダクション、アナロジーというものもあります。

MECE（Mutually Exclusive and Collectively Exhaustive）は、要素が互いに重ならず、かつ全体を漏れなく網羅する状態を指します。アイスクリームの分類で、MECEを意識した分け方の例を見ていきましょう。

MECEに基づいたアイスの分類

例えば、「味の種類」でアイスクリームを分類するとします。この際、次のように分けると、MECEの要件を満たしやすくなります。

主要なフレーバーを以下のように分けると、漏れがなく、明確な分類が可能です。

1. ミルク系：バニラ、ミルク
2. チョコレート系：チョコレート、チョコチップ
3. フルーツ系：ストロベリー、マンゴー、ブルーベリーなど
4. 和風フレーバー：抹茶、黒ゴマ、小豆
5. その他のフレーバー：キャラメル、クッキー＆クリーム、コーヒーなど

がん細胞ではしばしば、がん抑制遺伝子RB, p53などの変異が見られます。野生型のRBやp53の本来の働きはどのようなものなのでしょうか。

p53は転写因子で、CDKN1A遺伝子（遺伝子産物はp21と呼ばれるたんぱく質）の発現をオンにします。p21はCDKと結合することにより、CDKがRBをリン酸化することを抑制します。RBはリン酸化されていない場合には、転写因子E2Fと結合することにより、様々な細胞周期を進行させる遺伝子の発現をオフにしています。

p53の働きがもしなくなってしまうと、p21が発現されなくなり、その結果CDKに対する抑制が解除されて、CDKはRBをリン酸化します。リン酸化されたRBはE2Fと結合できずに標的遺伝子のＤＮＡから離れていきます。その結果、細胞周期を進行させる遺伝子群の転写がオンになり、細胞周期が進行することになるわけです。

Cell cycle regulation: p53-p21-RB signaling Kurt Engeland Cell Death & Differentiation volume 29, pages946–960 (2022)　https://www.nature.com/articles/s41418-022-00988-z

 

科学研究論文には作法があります。作法を知らずになんとなく書いていても、決して良い論文は書けません。作法を学ぶベストな方法は、良い論文を読んで分析してみて、それを真似することだと思います。

仮説の提示

科学研究の作法は、仮説の検証です。ですから論文では仮説を提示する必要があります。We hypothesized that ~というのが一番あからさまな仮説の提示方法ですが、必ずしもhypothesizeという言葉を使う必要はありません。疑問の形だったり、知識のギャップに言及する形でも、間接的に仮説を提示することが可能です。

例　Despite the experimental tractability of developmentally patterned processes in mice, a molecularly specified neural circuit that governs male mating remains to be defined.　マウスにおける定型的な発生過程は実験的に操作しやすいがそれにもかかわらず、オスの交尾行動を支配する分子的に特定された神経回路はまだ同定されていない。https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00798-5

上の例文では、知識のギャップを提示していますが、そこで暗に示されている仮説は、「分子的に規定された神経回路によって交尾行動は支配されている」というものです。

別の論文の例も観てみましょう。

例　 It is unknown whether multiple or a single neuronal type is responsible for the control of mammalian locomotion.　哺乳類における運動の制御が複数の神経細胞タイプによって担われているのか、それとも単一の神経細胞タイプが担っているのかは不明である。https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01452-5

知識のギャップの提示していますが、同時に、「運動の制御を担うのは1種類の細胞であるか、それとも、複数種類の細胞であるか」という仮説の提示にもなっています。

外胚葉の一部が神経板になり、それが内側に折れ込んで管を作るのは、一次神経形成 primary neurulationと呼ばれます。それに対して、中胚葉の細胞が凝集して棒状になり、内部に空隙ができることで神経管ができるものをsecondary neurulationと呼びます。secondary neurulationは主として、尻尾の部分で生じます。ヒトには尾がないので、secondary neurulationは顕著ではありません。

下の図で、(a)が一次神経形成による神経管のできかた（管の断面図）。(b)が二次神経形成における神経管のできかた。管をつくるのに、こんなに方法が違っていてもいいというのは驚きです。

https://www.sciencedirect.com/topics/immunology-and-microbiology/neurulation

1. 神経管　脳辞典　https://bsd.neuroinf.jp/wiki/神経管　哺乳類や鳥類胚の尾部においては、中胚葉性間葉細胞の上皮化による神経管の形成が見られ、この様式は二次神経形成 (secondary neurulation) と呼ばれている。

下の図が非常にわかりやすい。マウスの尾部ではSecondary neurulationが生じることが一目でわかります。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925477304001133

ホップフィールドネットワーク（Hopfield Network）は昔から名前は知っているのですが、何かという理解は全くしていませんでした。そうこうするうちにホップフィールドさんは２０２４年度ノーベル物理学賞を獲ってしまいました。

わかりやすい巷の解説のリンク集をつくっておきます。

1. https://ml-jku.github.io/hopfield-layers/
2. https://developers.agirobots.com/jp/deep-learning-2020-hopfieldnetwork/
3. http://cda.psych.uiuc.edu/matlab_pdf/nnet.pdf  MATLAB Neural Network Toolbox User’s Manual

アプタマーがなぜコルチゾールのセンサーになるのかについて

aptamerを用いてコルチゾールをリアルタイムで測定するための原理は、通常、アプタマーとターゲット分子（この場合はコルチゾール）との特異的な結合を利用します。アプタマーは、特定のターゲット分子に対して高い親和性と選択性を持つ短い一本鎖DNAやRNAのオリゴヌクレオチドです。この特性を利用して、以下のような手法でリアルタイム測定が行われます。

1. アプタマーの結合と構造変化:
   • アプタマーは、コルチゾールと結合することでその構造が変化します。この構造変化を検出するために、蛍光標識や電気化学的な検出システムを用いることがあります。
   • 例えば、蛍光標識を用いる場合、アプタマーに蛍光物質と消光剤が結合しており、アプタマーがコルチゾールと結合することで蛍光が変化する仕組みです。これにより、蛍光の変化量をリアルタイムでモニタリングし、コルチゾール濃度を測定することが可能です。
2. 電気化学的検出:
   • アプタマーが電極上に固定され、コルチゾールと結合することで電気化学的な信号が変化することを利用する手法もあります。コルチゾールの結合によるアプタマーの構造変化が、電気的インピーダンスや電流応答に変化を与えるため、これをリアルタイムで測定してコルチゾール濃度を評価します。
3. 比率型蛍光アプタマーセンサー:
   • コルチゾールに応じて蛍光強度が変わるように設計された二重ラベルアプタマーを使うことで、環境条件や光路の影響を受けにくい安定したリアルタイム測定が可能になります。この方法では、蛍光の比率変化を測定することで、正確なコルチゾール濃度を得ることができます。

これらの方法のいずれも、アプタマーの高い特異性を利用してコルチゾールと選択的に結合させ、その結合の変化をリアルタイムで検出することで測定を行います。これにより、ストレスホルモンであるコルチゾールの変動をリアルタイムに追跡することが可能になります。

(ChatGPT 4o)

アプタマーがそもそもなぜコルチゾールに結合できるのかについて

核酸アプタマーがコルチゾールのような小さな分子に結合できる理由は、主に以下のような核酸アプタマーの特性に基づいています。

1. 高い構造多様性と適応性:

• 核酸（DNAやRNA）は、塩基配列の組み合わせによって多様な三次元構造を形成することができます。これにより、アプタマーは特定のターゲット分子に適した形状や結合ポケットを形成できます。
• アプタマーは、一本鎖のDNAやRNAであるため、ランダムコイル状の構造から、ターゲット分子に結合する際に立体的に適した形に変化できます。これにより、コルチゾールのような小さな分子の形状や化学特性にぴったり合うように折りたたまれることが可能です。

2. 非共有結合的相互作用（特に水素結合や疎水性相互作用）:

• コルチゾールはステロイドホルモンで、疎水性の領域と極性を持つ部分（例えば、酸素や水酸基）があります。アプタマーの特定の塩基配列がこれに対応するような立体構造を形成することで、コルチゾールの疎水性部分とアプタマーの疎水性ポケットとの間で疎水性相互作用が発生します。
• また、コルチゾールの極性基（水酸基など）とアプタマーの塩基間で水素結合を形成することができ、これが結合の特異性と強さをもたらします。核酸の塩基（アデニン、シトシン、グアニン、チミンまたはウラシル）は、それぞれ特定の水素結合を形成する能力を持っているため、ターゲットに対して高い親和性を発揮します。

3. SELEX法による選択プロセス:

• アプタマーが特定の分子（コルチゾールなど）に強く結合する能力は、一般にSELEX（Systematic Evolution of Ligands by EXponential enrichment）という技術によって得られます。この技術では、ランダムな塩基配列からなる巨大なライブラリー（数十億種類のアプタマー）を使って、コルチゾールに強く結合するアプタマーを選び出します。
• SELEXプロセスでは、コルチゾールに対して最も強く、そして選択的に結合するアプタマーが繰り返し選択され、最終的には高い親和性と特異性を持つアプタマーが得られます。このようにして、核酸がコルチゾールのような分子に結合するための「形」や「結合部位」を持つようになります。

4. 結合の可逆性とリアルタイム測定:

• アプタマーとコルチゾールとの結合は非共有結合的な相互作用に基づくため、可逆的であり、リアルタイムでの濃度変化の測定が可能です。アプタマーは、コルチゾールが増減するたびに結合・解離を繰り返し、これを検出装置でモニタリングすることで、リアルタイムでの測定が実現します。

核酸が持つこのような柔軟性と選択的な相互作用の特性により、アプタマーはコルチゾールを含む様々な小分子をターゲットにできるのです。

(ChatGPT 4o)

アプタマーの長さについて

コルチゾールに結合するアプタマーの具体的な例として、研究で報告されているものをいくつか挙げることができます。アプタマーの塩基配列や長さは、研究者によって最適化されたものが使われており、SELEX法によって選別されています。一般的に、コルチゾール結合アプタマーは20〜80塩基程度の長さで設計されていますが、より高い特異性や親和性を得るために、その長さや配列が調整されます。

1. 例：研究での報告例

• コルチゾールに特異的に結合するアプタマーの一例として、以下のような配列が報告されています（具体的な研究例を引用する形ではなく、一般的な範囲を示します）：
  swift

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  5'- TCG TCA GAC GAG CAT CGG ATA GTT TGA CGA CAG TCC ATC CGC TGG ATC GAC C -3'


  このような配列は、ターゲットであるコルチゾールとの結合部位を形成するために特定の二次構造（ステムループ構造やヘアピン構造など）を取るように設計されています。

2. 一般的な長さ

• アプタマーの長さは、通常20〜80塩基の範囲にあり、30〜50塩基が標準的な長さです。この範囲が一般的である理由は、短すぎると特異的な結合サイトを十分に形成できない一方、長すぎると非特異的な結合や構造が増えてしまうためです。したがって、コルチゾールに対して適切に結合するための二次構造を安定して形成できる長さが選ばれます。

3. 配列の役割

• アプタマーの配列は、コルチゾールの分子構造に合わせて、水素結合や疎水性相互作用を適切に行えるように設計されています。例えば、塩基配列中の特定のG（グアニン）やC（シトシン）の位置は、結合の強さを高めるための水素結合の形成に関与することが多いです。また、アプタマー全体の立体構造が、コルチゾールがフィットするポケットのような形状をとるように、選択された配列が配置されています。

具体的な研究文献や特許に基づく配列を示す場合、より詳細な情報を得るためには、各研究論文や特許文献を参照する必要があります。

(ChatGPT 4o)

論文

アプタマーその他の手法を用いたコルチゾールの定量

1. Advancements in Cortisol Detection: From Conventional Methods to Next-Generation Technologies for Enhanced Hormone Monitoring　ACS Sens . 2024 Apr 26;9(4):1666-1681. doi: 10.1021/acssensors.3c01912. Epub 2024 Mar 29.　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.3c01912　網羅的でなかなかよい
2. Recent advances in aptamer-based platforms for cortisol hormone monitoring　Talanta . 2024 Jan 1;266(Pt 1):125010. doi: 10.1016/j.talanta.2023.125010. Epub 2023 Jul 31.
3. Advances in electrochemical biosensor design for the detection of the stress biomarker cortisol　Anal Bioanal Chem . 2024 Jan;416(1):87-106. doi: 10.1007/s00216-023-05047-1. Epub 2023 Nov 22. https://link.springer.com/article/10.1007/s00216-023-05047-1　このレビュー論文もわかりやすそう。
4. Wearable and Implantable Cortisol-Sensing Electronics for Stress Monitoring　Adv Mater . 2024 Jan;36(1):e2211595. doi: 10.1002/adma.202211595. Epub 2023 Nov 20.
5. A Gold Nanoparticle-Based Cortisol Aptasensor for Non-Invasive Detection of Fish Stress　Biomolecules 2024, 14(7), 818; https://doi.org/10.3390/biom14070818　https://www.mdpi.com/2218-273X/14/7/818
6. Electrochemical Aptasensing for Lifestyle and Chronic Disease Management　Curr Med Chem . 2023;30(8):895-909. doi: 10.2174/0929867329666220520111715.
7. A wearable sweat electrochemical aptasensor based on the Ni–Co MOF nanosheet-decorated CNTs/PU film for monitoring of stress biomarker　Talanta Volume 260, 1 August 2023, 124620 Talanta　https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0039914023003715
8. DNA super-lattice-based aptasensor for highly sensitive and selective detection of cortisol Author links open overlay panel Lory Cantelli a , Waldemir J. Paschoalino a , Sergio Kogikosky Jr. a b , Tatiana M. Pessanha a , Lauro T. Kubota a　Biosensors and Bioelectronics: X Volume 12, December 2022, 100228 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590137022001212　本文へは所属機関経由でアクセス可能
9. Molecularly Imprinted Polymer-Based Sensor for Electrochemical Detection of Cortisol　Biosensors (Basel) . 2022 Nov 29;12(12):1090. doi: 10.3390/bios12121090. 　https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36551057/
10. Wearable Cortisol Aptasensor for Simple and Rapid Real-Time Monitoring Jai Eun An 1, Kyung Ho Kim 1, Seon Joo Park 1, Sung Eun Seo 1, Jinyeong Kim 1, Siyoung Ha 1, Joonwon Bae 2, Oh Seok Kwon 1 3 Affiliations Expand PMID: 34995062 DOI: 10.1021/acssensors.1c01734　ACS Sens . 2022 Jan 28;7(1):99-108. doi: 10.1021/acssensors.1c01734. Epub 2022 Jan 7.
11. Molecularly imprinted electrochemical aptasensor based on functionalized graphene and nitrogen-doped carbon quantum dots for trace cortisol assay　Analyst, 2022,147, 744-752　https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/an/d1an01838h
12. DNA super-lattice-based aptasensor for highly sensitive and selective detection of cortisol　Biosensors and Bioelectronics: X Volume 12, December 2022, 100228
13. Flexible electrochemical aptasensor for cortisol detection in human sweat　Anal. Methods, 2021,13, 4169-4173
14. Cortisol Detection in Undiluted Human Serum Using a Sensitive Electrochemical Structure-Switching Aptamer over an Antifouling Nanocomposite Layer　2021　https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ay/d1ay01233a https://www.researchgate.net/publication/354935726_Cortisol_Detection_in_Undiluted_Human_Serum_Using_a_Sensitive_Electrochemical_Structure-Switching_Aptamer_over_an_Antifouling_Nanocomposite_Layer#fullTextFileContent
15. Autonomous, Real-Time Monitoring Electrochemical Aptasensor for Circadian Tracking of Cortisol Hormone in Sub-microliter Volumes of Passively Eluted Human Sweat　December 31, 2020 　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.0c01754
16. Stress Biomarkers in Biological Fluids and Their Point-of-Use Detection　ACS Sens . 2018 Oct 26;3(10):2025-2044. doi: 10.1021/acssensors.8b00726. Epub 2018 Oct 16. 　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.8b00726　
17. Current and Potential Developments of Cortisol Aptasensing towards Point-of-Care Diagnostics (POTC)　Sensors (Basel) . 2017 May 22;17(5):1180. doi: 10.3390/s17051180. 　https://www.mdpi.com/1424-8220/17/5/1180