中央運河における脳脊髄液の双方向流量の起源と役割

脳脊髄液（CSF）の循環は、体軸の形成と脳の発達に寄与します。ここでは、30 hpfゼブラフィッシュ胚の脊髄の中央運河におけるCSFフローの双方向性の原因不明の起源と発達への影響を調査しました。モデリングとシミュレーションと組み合わされた実験は、CSFの流れが中央運河の腹壁に沿って尾側偏光のある運動性繊毛によって局所的に生成されることを示しています。運河の閉じたジオメトリは、平均流量をヌルに課し、報告された双方向性を説明します。また、この初期段階では、運動性繊毛が中央運河の適切な形成を保証することを実証します。さらに、双方向の流れが、結合された対流性拡散輸送プロセスを介してCSFの粒子の輸送を加速することを実証します。私たちの研究は、筋肉の収縮と組み合わされた繊毛活性が細胞外脂質粒子の長距離輸送を維持し、胚の成長を可能にすることを示しています。

Circulation of the cerebrospinal fluid (CSF) contributes to body axis formation and brain development. Here, we investigated the unexplained origins of the CSF flow bidirectionality in the central canal of the spinal cord of 30 hpf zebrafish embryos and its impact on development. Experiments combined with modeling and simulations demonstrate that the CSF flow is generated locally by caudally-polarized motile cilia along the ventral wall of the central canal. The closed geometry of the canal imposes the average flow rate to be null, explaining the reported bidirectionality. We also demonstrate that at this early stage, motile cilia ensure the proper formation of the central canal. Furthermore, we demonstrate that the bidirectional flow accelerates the transport of particles in the CSF via a coupled convective-diffusive transport process. Our study demonstrates that cilia activity combined with muscle contractions sustain the long-range transport of extracellular lipidic particles, enabling embryonic growth.