[論文レビュー] Can repulsion be induced by attraction: a role of ephrin-B1 in retinotectal mapping?

Dmitry Tsigankov, Alexei A. Koulakov|ArXiv.org|Mar 11, 2004

Axon Guidance and Neuronal Signaling参考文献 5被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、視床下垂体視覚路マッピングにおけるエフリン-B1誘発性の排斥反応が、直接的な排斥シグナルによるものではなく、限られた標的領域をめぐる競争に起因する可能性を提案している。この競争により、直接の排斥シグナルが不要なままに排斥のように見える現象が生じる。これは、矛盾する実験的結果を説明するメカニズム的解釈を提供し、直接排斥モデルの代替として検証可能な代替案を提示する。

ABSTRACT

We study a role of EphB receptors and their ligand ephrin-B1 in dorsal-ventral retinotopic mapping. Earlier studies suggested that ephrin-B1 acts as an attractant for EphB expressing axons. We address the results of the recent experiment in chick tectum (McLaughlin et al., 2003b) in which axons of retinal ganglion cells were shown to be repelled by high ephrin-B1 density. Thus it was proposed that ephrin-B1 might act as both attractant and repellent. We show that the same axonal behavior may follow from attraction to ephrin-B1 density and axonal competition for space. Therefore, we show how apparent repulsive interaction can be induced by a combination of attraction to the target and competitive interactions between axons. We suggest an experimental test that may distinguish repulsive interaction with the target from repulsion induced by attraction and competition.

研究の動機と目的

• 視床下垂体視覚路マッピングにおいてエフリン-B1が吸引剤としても排斥剤としても作用するというパラドックスを解消すること。
• 高エフリン-B1濃度領域における顕在的な排斥反応が、直接的な排斥シグナルではなく、吸引力とアロンの競争から生じる可能性を調査すること。
• 単一の吸引力誘導と競争的相互作用のみを用いて、視覚トポグラフィックマップ形成を説明する最小限のモデルを提示すること。
• 真の排斥と競争誘発性の排斥様行動を区別するための実験的検証を提案すること。

提案手法

• アロンがエフリン-B1濃度勾配に引き寄せられるように、計算フレームワークを用いて網膜アロンの標的決定をモデル化すること。
• tectumにおける限られた標的領域をめぐるアロン間の競争的相互作用を組み込むこと。
• 変化するエフリン-B1濃度プロファイル下でのアロンのパスファインディングおよびtectal終末領域をシミュレートすること。
• 高濃度領域が純粋な吸引力に起因するにもかかわらず、なぜその分布パターンが排斥のように見えるかを評価するため、アロンの分布パターンを分析すること。
• 数学的モデリングを用いてアロン終末領域を予測し、実験的観察と照合すること。
• 直接排斥とは異なる競争誘発性の排除を区別するための実験的設計（アロン共培養または競争的ラベリング）を提唱すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エフリン-B1濃度領域からのアロンの顕在的排斥が、直接的な排斥シグナルではなく、吸引力と競争によって説明可能か？
• RQ2 排斥的分子ケイの存在がなくても、どのようなメカニズムが排斥の外見を生じさせ得るか？
• RQ3 アロンの標的領域における競争が、視覚トポグラフィックマップの空間的組織にどのように影響を与えるか？
• RQ4 真の排斥と競争誘発性の排除を区別するための実験的条件は何か？
• RQ5 エフリン-B1が吸引剤としても、顕在的排斥剤としても機能するという二重の役割は、吸引力と競争を組み合わせた単一のメカニズムと整合的か？

主な発見

• モデルは、エフリン-B1勾配に引き寄せられるアロンが、直接的な排斥がなくても、競争のため高濃度領域を避けることを示している。
• 高エフリン-B1濃度領域は、アロンの分布パターンにおいて排斥のようであるが、これは真の排斥を模倣しているにすぎない。
• 同じアロン行動（高エフリン-B1領域の回避）は、排斥シグナルが存在しなくても、吸引力と競争によって説明可能である。
• 本研究は、実験的予測を提示している： repulsive signaling が遺伝的に欠失しても、アロンは高エフリン-B1ゾーンから排除されるべきである。
• 結果として、顕在的排斥が競争の副産物であるという観点から、矛盾する実験的データを統合的に説明できる。
• モデルは、エフリン-B1が主に吸引剤として機能し、排斥のようになる効果は二次的である可能性を示唆している。