4.3 レンズベシクルから成熟レンズへ
レンズベシクルはレンズカップ（別名：レンズピット）を閉じて表面外胚葉から離脱し、形成される。 中間段階として、水晶体茎が形成され、閉じた水晶体嚢と表面外胚葉が数時間一緒に保たれる（マウスの場合）。 水晶体小胞はほぼ球形で、中央に大きな空洞がある。その後極から細胞が伸びて、前上皮細胞に到達し、水晶体小胞全体を満たす。この伸びた細胞は一次水晶体繊維細胞と呼ばれる。 この段階は、ヒトの胚では妊娠44日目頃、マウスではE11.5で起こる（Fig. 10.5）。 水晶体小胞の前極にある細胞は、上皮細胞として残っている。 水晶体上皮の中央部を取り囲む分裂活性のある細胞は、赤道部（または水晶体弓部）に移動し、そこで伸長して二次水晶体繊維に分化する。 赤道部の反対側からの二次水晶体繊維が合流する正中線は、水晶体前部および後部縫合線と呼ばれる。 水晶体二次線維は、水晶体核の一次線維の周囲に同心円状に層を形成する（E15.5日目のマウス；図10.5）。 この配置により、周辺部に向かう水晶体繊維は、発達・分化の面で順次若くなる。 水晶体が成長する限り、新しい二次線維は赤道部から水晶体外皮質に移動する。
Figure 10.5. 水晶体の形成 水晶体小胞が形成されると、水晶体小胞の後上皮から一次水晶体繊維が伸長し、その内腔全体を満たす。 水晶体弓部では二次繊維細胞が伸び始め、反対側からの繊維が前極と後極で合流し、水晶体縫合部（立体視でY字型）を生じさせる。 水晶体分化の最終段階は、細胞核とミトコンドリアの分解であり、マウスでは出生前後に行われる（Graw, 2003に従って改変；Nature Publishing Groupの許可を得ています）。
一次繊維細胞も二次繊維細胞も最終分化の過程でミトコンドリアと細胞核を失う：一次繊維については、マウスではE17／E18に起こり、生後2週間後にマウスが瞼を開いたときに最終化する（Vrensenら、”Vrensen et al, 1991). しかし、前上皮細胞は幹細胞ニッチとして分裂を続け、二次繊維細胞を産生する。 しかし、ゼブラフィッシュでは、水晶体の発生と分化にいくつかの相違が見られる。 特に、一次繊維細胞の伸長は円形に行われ、繊維の同心円状の殻を持つ胚性水晶体核が生じる。 しかし、赤道上皮に近い狭い領域で分化する二次繊維の核の間隔が非常に狭いことから、二次繊維細胞の分化は哺乳類や鳥類のレンズで説明されたものとは異なっていることが示唆される。 これらの違いから、ゼブラフィッシュの知見をマウスやヒトの水晶体の発生や機能に外挿する際には注意が必要である (Dahm et al., 2007)。
マウスでは、Pitx3 と Foxe3 という少なくとも二つの遺伝子が、レンズ茎段階の一過性の性質の重要性を特徴づけている。 マウス胚では、Pitx3はE11で始まる発達中の水晶体で、最初は水晶体小胞で、後に前上皮と水晶体赤道部で発現している。 Pitx3遺伝子の制御領域あるいはコード領域の変異は、水晶体と瞳孔を持たない無水晶体（ak）あるいは無眼球（eyl）マウス変異体の表現型を引き起こすことが示されている（Riegerら、2001；Rosemannら、2010；Seminaら、2000）。 これらのマウスでは、水晶体茎が数日間残存し、最終的に水晶体小胞が分解され、網膜組織が眼球全体を埋め尽くす。 Pitx3は黒質のドーパミン作動性ニューロンにも発現しているため、これらのマウスはパーキンソン病の優れたモデルでもある（Rosemann et al.、2010）。 マウスとは対照的に、ヒトのPITX3の変異は前眼部間葉系異形成（ASMD; Semina et al., 1998）を引き起こす。
ak/akマウスはdyl（dysgenic lens）マウスとよく似た眼の表現型を持っており、両方の遺伝子が同じ生体プロセスに関与していることが示されている。 Blixtら（2000）は、dylの表現型がFoxe3遺伝子の変異によって媒介されていることを示した。 マウスでは、FoxE3は水晶体プラコードの誘導が始まるE9.5年頃に発達中の眼球に発現する（図10.2）。 水晶体プラコードが形成されるにつれて、FoxE3の発現は増加し、表面外胚葉から剥離した水晶体小胞に限定されるようになる。 dylマウスでは、FoxE3のDNA結合ドメイン内に2つの変異が同定された。 ヒトでは、FOXE3の変異が前眼部光学異形成（ASOD）の原因となっている。 FOXE3 の発現パターンとヘテロ接合型 dyl マウスの表現型が多様であることから，PAX6 変異が検出されなかった Peters 異常症患者の小規模コホートで FOXE3 変異のスクリーニングが行われた． その患者の1人は、FOXE3のDNA結合ドメインに影響を与えるArg90Leu置換のヘテロ接合体であることが判明した（Ormestadら、2002年）。 マウスの突然変異体「opaque flecks in the lens」では、点突然変異がMaf（癌遺伝子によってコードされ、筋骨髄性線維肉腫の原因）の基本領域に影響を与え、水晶体一次線維の正しい形成を妨げ、あるヒト家族に見られる肺白濁に似た表現型をもたらす（Lyon et al.、2003年）。 哺乳類のMAFは水晶体プラコードと水晶体小胞で発現し、その後水晶体一次線維で発現する。
同様に、Pukら（2008）は最近、新しいエチルニトロソ尿素（ENU）誘発マウス変異体を特徴づけ、ホモ接合体で小さな目の表現型と空の水晶体小胞を持つ。 この場合、遺伝子Gjf1（Gje1とも呼ばれる）の変異が同定された。 マウスでは、遺伝子Gjf1は23.8kDaのコネキシン様タンパク質をコードしており、一次線維の伸長が始まる水晶体小胞の後部に発現している。 変異体では、Pax6, Prox1, Six3, Crygdの発現パターンが修正されるが、Pax2の発現パターンは修正されない。 Gjf1遺伝子は水晶体一次線維の形成に必須であると考えられており（Puk et al., 2008）、転写因子c-Mafの下流標的であると考えられる。 現在のところ、マウスGjf1遺伝子の機能的な対応するヒトが存在するかどうかは明らかではない。
水晶体一次線維の伸長を伴わない第三の表現型は、Pparbp遺伝子（peroxisome proliferator activator receptor binding proteinをコードする；Crawfordら、2002）のノックアウトにより引き起こされる。 これら3つの機能的に異なるタンパク質が水晶体一次繊維細胞の形成にどのような関係を持つかはまだ明らかになっていない。
これら3つの遺伝子に加え、Wntシグナルも一次繊維細胞の伸長に関与している可能性がある。 Faberらは2002年にBmp-receptor 1b（遺伝子記号：Bmpr1b）のドミナントネガティブ型トランスジェニックマウスを報告した。 これらのトランスジェニックマウス変異体は、一次繊維細胞の発達阻害を示すが、それは非対称的であり、水晶体の腹側半分の鼻側にのみ現れた。 著者らは、異なる分化刺激が異なる象限で活性化されている可能性があると結論付けた。
前側では、水晶体上皮細胞は水晶体の中で唯一分裂が活発な細胞であり続けている。 しかし、報告されている詳細な発現データは、ニワトリとマウスで異なるだけでなく、マウスの異なる系統間でも異なる（詳細は、de Ionghらによる総説、2006年を参照されたい）。 しかしながら、Wntシグナル伝達経路の遺伝子が水晶体上皮細胞で優位に発現していることは明らかである。 一貫して、Fzd受容体（遺伝子記号：Fzd1-8）および共受容体Lrp5とLrp6、Sfrp1-3とDkk1-3遺伝子も水晶体発生中に発現することが証明されている。 これらは主に上皮細胞に存在するが、唯一の例外はFzd6で、分化する繊維細胞で発現が増加している (de Iongh et al., 2006)。 例えば、lrp6欠損突然変異体は、（他のいくつかの欠陥に加えて、MGIデータベースを参照）小さな目と、水晶体繊維がその上の角膜間質に押し出される前上皮の不完全な形成によって特徴づけられる異常なレンズを示した（Stumpら、2003）
しかし、水晶体繊維細胞分化の鍵となるのはFgf信号である。 最も重要な発見の一つは、異なる濃度のFgf2（以前は「基本Fgf」または「bFGF」として知られていた）が水晶体細胞の増殖、移動、および水晶体繊維細胞の分化に関与していることをラットの水晶体摘出物で示したことである（McAvoy and Chamberlain、1989）。 水晶体誘導に複数のFgfのうちどれが関与しているかはまだ不明であるため（Smith et al.、2010）、Fgf受容体に着目して研究が行われてきた。 前述のように、3つのFgf受容体遺伝子（Fgfr1-3；Zhaoら、2008）を欠く水晶体では、水晶体繊維細胞の伸長に深刻な欠陥が生じた。 Fgfシグナルはまた、非正規Wnt経路のプライミングに必要である（すなわち。 水晶体上皮細胞において、Fgfシグナルは非正規Wnt経路（すなわちβ-カテニンに依存しない）のプライミングにも必要であり、水晶体摘出片では、繊維細胞分化のマーカーであるβ-クリスタリンの蓄積につながる (Lyo and Joo, 2004)。
成熟した水晶体には、いくつかの種類の構造タンパク質が含まれている：クリスタリン（α-、β-、γ-、δ-、μ-、ζ-クリスタリン）、膜貫通タンパク質（MP19、MIP26、コネキシン43、46、50など）、いくつかのコラーゲン、細胞骨格および中間糸状タンパク質などである。 対応する遺伝子（または特定の転写因子）の変異は、機能的な不均衡と水晶体混濁（白内障）を引き起こす。 白内障の発症年齢や遺伝様式は、対応する遺伝子の発現や、変異の影響を受ける領域によって異なる。 マウスとヒトを合わせると、約60種類の遺伝子が白内障形成の原因として知られている。 対応する変異とその機能的な結果についての詳細な議論はこの章の範囲外である。この特定のトピックに対応するレビューは、著者によって最近出版された（Graw, 2009a,b）
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