細胞の小さな「アンテナ」が、脳領域の形成を制御することを発見-ヒト脳オルガノイドで一次繊毛シグナルの働きを解明-

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2026-05-29 名古屋市立大学

ヒトiPS細胞由来の脳オルガノイドを用いて、名古屋市立大学、名古屋大学らの研究グループは、神経幹細胞の表面に存在する一次繊毛が、ヒト脳発生初期の領域形成を制御する重要なシグナル拠点であることを明らかにした。一次繊毛は細胞外情報を受容する「アンテナ」として機能するが、その内部にはARL13BやGPR161などのシグナル制御分子が集積していた。これらの分子を欠損させると、大脳皮質につながる背側終脳の性質が弱まり、より腹側の脳領域に近い特徴へ変化した。特にGPR161欠損では、発生制御因子であるソニックヘッジホッグシグナルの抑制が解除され、神経幹細胞の腹側化が促進された。一方、一次繊毛内のcAMPシグナルを光操作や薬剤で増強すると、この異常を回復できた。また、化学遺伝学的手法でGPR161を一次繊毛外へ移動させるだけでも腹側化が誘導された。これらの結果から、一次繊毛内における分子配置とcAMPシグナルが神経幹細胞の背側・腹側領域性を決定することが示された。本成果はヒト脳発生機構の理解を深めるとともに、繊毛病や神経発達障害の病態解明、将来的な治療法開発への貢献が期待される。

細胞の小さな「アンテナ」が、脳領域の形成を制御することを発見-ヒト脳オルガノイドで一次繊毛シグナルの働きを解明-

<関連情報>

光および化学物質によって誘発される繊毛シグナル伝達が、ヒト終脳オルガノイドの背腹領域分化を制御する Light- and chemical-induced ciliary signaling governs dorsal/ventral regionalization of human telencephalic organoids

Issei S. Shimada,Akari Goto,Yutaka Hashimoto,Hajime Inoue,Takuto Sugawara,Tomohiro Doura,Tsubasa Fujita,Toshiaki Iwata,Riko Shimmoto,Hiroshi Takase,Masayuki Itoh,Shigeki Kiyonaka & Yoichi Kato
Nature Communications  Published:22 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-73505-2  Unedited version

Abstract

Neural stem/progenitor cells (NPCs) have primary cilia, which are critical organelles for Sonic hedgehog signaling. However, little is known about the components of primary cilia in NPCs and whether manipulating signaling in the cilia is sufficient to alter dorsal/ventral regional identity. Using a human telencephalic organoid model, we perform comprehensive proteomic profiling of NPC cilia and find enrichment in GTPase signaling. Deletion of the ciliary GTPase ARL13B reduces ciliary localization of GPR161, an orphan G protein-coupled receptor 161 that negatively regulates Sonic hedgehog, resulting in ventralization of NPCs. GPR161 deletion also induces ventralization. To investigate whether manipulation of ciliary signaling is sufficient to restore dorsal identity in this context, we optogenetically elevate ciliary cAMP, rescuing dorsal fate in GPR161 KO organoids. Furthermore, chemogenetic induction of GPR161 removal from cilia is sufficient to increase ventral NPCs. These data indicate that ciliary signaling functions as a critical switch regulating dorsal/ventral fate decisions.

細胞遺伝子工学
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