広報活動

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2013年6月7日

独立行政法人理化学研究所
独立行政法人科学技術振興機構

動物の体を相似形にするメカニズムを発見

-「大きなカエルも小さなカエルも同じ形になる」という長年の謎を解明-

シズルドがコーディンの濃度勾配を調節しスケーリングを保証する

シズルドがコーディンングの濃度勾配を調節しスケーリングを保証する

オーガナイザーというと、組織を束ねる主催者などを指します。皆をまとめてある方向に導く司令塔みたいな役割を果たす人です。発生学の世界でも司令塔として機能するオーガナイザーが存在し、特に初期胚の背側部分に存在する小さな組織は、発見した科学者の名前をつけて「シュペーマンオーガナイザー(形成体)」と呼ばれています。脊椎動物の複雑な組織は、シュペーマンオーガナイザーから分泌される「コーディン」などの指令因子の濃度勾配で決まります。濃度が高いところでは脳など背側の組織が、濃度が低いところでは造血組織など腹側の組織が形成されます。

ところで、動物の体のサイズにはばらつきがあり、同じ種でもサイズが違うこともしばしば見受けられます。しかし、一般的には体のサイズに大小があっても同種や近い種であれば、頭や胴、足などの大きさの比率は体のサイズに対して一定です。これをスケーリング(相似形維持)といい、多様な動物に共通して認められます。より顕著な例としては、アフリカツメガエルの初期胚から腹側の部位を切除して、シュペーマンオーガナイザーがある半分サイズの胚を成長させる実験があります。すると不思議なことに、脳や腹部などの組織も半分の体積に縮小し、相似形が保たれた2分の1サイズのオタマジャクシが生まれます。もし、コーディンなどの指令因子の濃度の高低によって組織形成が誘導されるならば、半分サイズの胚では体のサイズに比べて大きな脳が形成されるはずですが、そうはなりません。

この「謎」を解明するため、理研の研究グループはアフリカツメガエルの初期胚を用いて指令因子のコーディンについて詳細な検証を行いました。その結果、コーディンの濃度の高低が直接、各組織を形成していることを実証しました。また、コーディンを分解する酵素が存在してコーディンが常に不安定な状態にあることが分かりました。さらに「シズルド」がコーディンを分解する酵素の働きを阻害することで、コーディンの濃度勾配の傾きを調節していることを突き止めました。大きな胚ではシズルドの濃度が高く、コーディンの分解が抑制されおり、コーディンは緩勾配を形成して大きな胚に適した背腹軸パターンを形成していました。一方、胚のサイズを小さくした場合にはシズルドの濃度が減少し、コーディンは分解が促進され急勾配を形成します。その結果、背原軸パターンは圧縮され、相似形を維することを確認しました。このことは、シズルドの濃度が胚の大きさに比例することで、相似形が維持されていることを示しています。

相似形維持に対するこのような知見の積み重ねは、自己組織化技術を用いる立体臓器形成技術の発展にもつながると期待できます。

理化学研究所
発生・再生科学総合研究センター 器官発生研究グループ
グループディレクター 笹井 芳樹 (ささい よしき)
上級研究員 猪股 秀彦 (いのまた ひでひこ)