哺乳類の嗅上皮は、嗅覚神経細胞と支持細胞から構成されており、先天的な嗅覚情報と経験依存的な嗅覚情報を並行して処理するため、明確なゾーンに分かれて領域化されている。これら2つの領域は、発生段階から様々に異なる特徴を示すことが知られているが、領域特異的に前駆細胞の分化能を調節するメカニズムについては、十分に解明されていない。本研究では、転写因子Foxg1が神経発生前駆細胞の分化能を維持することにより、経験依存的な嗅覚情報を制御する腹外側領域のアイデンティティの決定に関与していることを明らかにした。条件付きFoxg1ノックアウトマウスと細胞自律的な系譜解析を組み合わせた解析の結果、Foxg1の欠失は背内側領域には影響を与えず、腹外側領域の大きさを選択的に縮小させることが示された。さらに、嗅上皮前駆細胞の網羅的なクローン解析により、嗅上皮前駆細胞は通常、嗅覚神経細胞または支持細胞のいずれか一方のみを産生することが明らかとなった。その中でも、Foxg1を発現する前駆細胞は主に嗅覚神経細胞を産生するのに対し、Foxg1を欠失させると支持細胞を産生することが示された。以上の結果から、Foxg1は腹外側領域において、前駆細胞の神経細胞産生能の維持において細胞自律的に重要な役割を担っていることが明らかとなった。本研究は、嗅覚神経細胞の産生および組織成長を制御し、経験依存的な感覚回路を形成する領域特異的な転写プログラムに関する新たな知見を提供するものである。これらの成果はGenes to Cellsにて報告した。

Olfactory information regulates both acquired and innate behaviors in animals, with learning-dependent circuits processed in the ventral zone (V zone) and innate circuits processed in the dorsal zone (D zone) of the olfactory epithelium. These zones are distinguished by their molecular characteristics, including the forkhead transcription factor Foxg1, which is consistently expressed in the V zone from embryonic development through adulthood. However, embryos lacking Foxg1 fail to establish the olfactory epithelium, leaving its role in zone formation and zone-specific function unclear.This year, we employed a tamoxifen-inducible Cre/Flp recombination system to achieve cell-autonomous Foxg1 deletion in olfactory epithelial stem cells and performed lineage tracing of Foxg1-deficient cells using a lineage-dependent GFP reporter. Our results revealed that in control mice, Foxg1-lineage cells remained confined to the V zone and primarily differentiated into neurons. In contrast, Foxg1-deficient stem cells partially invaded the D zone, and those remaining in the V zone differentiated into sustentacular cells. Postnatal analysis further revealed that conditional Foxg1 removal disrupts the V zone-specific expansion of the olfactory epithelium. Given that the V zone in rodents occupies approximately three times the surface area of the D zone, reflecting their strong reliance on olfactory information, these findings suggest that Foxg1 regulates the selective expansion of the V zone and learning-dependent circuit formation by maintaining zone-specific expression.These results were presented at the 25th Biennial Meeting of the International society for Developmental Neuroscience, the 17th Meeting of the International Society of Olfaction and Taste, and at the 18th Annual Meeting of the Neurogenesis Society.

マウス嗅上皮は、生得的な忌避行動の制御に関与しているDゾーンと、学習依存行動な行動制御に関与するVゾーンから形成されている。これら2つのゾーンは発生初期から分子的特徴により区別することができる。また、2つの領域は胎生期及び成体に置いて、それぞれの機能を最大化するような性質を有している。本研究ではこれら2つの領域がどのように形成されるのかを明らかにすることを目的としている。今年、我々はさらに発現解析と阻害剤解析を行い、発生期の嗅覚上皮におけるゾーン構造の初期パターニングに関与する候補シグナル分子のスクリーニングを行った。その結果、形態形成と転写ネットワークが、最も初期の背側と腹側のゾーン領域の確立に協調的に関与していることが明らかになった。これらの研究成果は、生得的な嗅覚情報処理と学習された嗅覚情報処理を支える分子メカニズムを理解する上で重要なステップである。これらの結果について・第46回日本神経科学大会、日本味と匂学会第57回大会、第１７回神経発生討論会においてポスター発表を行い、ディスカッションを行なった。