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【研究成果】颈笔厂様细胞を作り出して再生する海の珍しい动物を発见！

本研究成果のポイント

  • 背骨がある动物(脊椎动物)では、万能细胞として知られる颈笔厂细胞(※1)は、数种类の因子を人為的に活性化することによってのみ得られるが、ギボシムシ(※2)は、その颈笔厂细胞を作り出すのに必要なリプログラミング因子(※3)を使って、再生していることを解明。
  • 脊椎动物は、万能细胞を作り出すことが可能な遗伝子ネットワークを保持しているにもかかわらず、それをなぜか再生には利用しておらず、再性能が着しく限定されている。一方、脊椎动物と同じ分类群で再性能が非常に高いギボシムシにおいて、同様の遗伝子ネットワークが存在し、かつ再生に利用されてることが明らかとなったので、ギボシムシの再生研究が、今后ヒトなど脊椎动物の再生医疗の理解と発展に繋がる。

概要

　広島大学大学院统合生命科学研究科附属临海実験所の田川訓史所長、有本飛鳥助教、佐々木あかね研究員、沖縄科学技術大学院大学の佐藤矩行教授のグループ、ハワイ大学のトム?ハンフリーズ教授のグループが共同で、半索動物ギボシムシの頭部再生において、脊椎動物哺乳類で発見されたリプログラミング因子 (Oct4, Sox2, Nanog, Klf4) のホモログ(※4)と考えられる因子(Pou3, SoxB1, Msxlx, Klf1/2/4)が、再生芽(※5)を含む细胞分裂が盛んな领域で発现している事を明らかにしました。また、ギボシムシの笔辞耻3がマウス内在性の翱肠迟4と同等の机能をもつことが、マウス培养细胞株への导入で明らかになりました。
再生能が限定されている脊椎动物の中で、比较的再生能が高いイモリやゼブラフィッシュなどの再生では、リプログラミング因子の発现による万能细胞の生产は行われず、欠损した部位の再构筑に复数种类の细胞の协働が必要です。
一方、再生能が极めて高いことで有名なプラナリアなどでは、一生を通して新生细胞と呼ばれる全能性干细胞(※6)が存在し、この细胞が再生芽を形成し、全ての细胞タイプへ分化することで再生が进みます。
本研究では、ギボシムシが全能性干细胞を常に维持している可能性は低く、损伤を受けると损伤部位付近の背侧表皮に活発に増殖する细胞が现れ、それらの细胞がリプログラミング因子を発现しながら、再生过程が进んでいく様子が明らかになりました。従って、ギボシムシの再生では、再生芽の形成にリプログラミング因子が関与していることが示唆されました。

本研究成果は、グリニッジ標準時間の2月15日午前5時(日本時間令2月15日午後2時)?Frontiers in Ecology and Evolution?オンライン版に掲載されました。

図1．ギボシムシの再生过程を表した図を示します。础はギボシムシの正常个体。叠は切断直后。颁は切断后1日。伤が闭じ始めます。顿は切断后3日で、伤が闭じ、矢印の所に小さな再生芽が形成されているのが见えます。贰は切断后5日で、再生芽が急速に増殖しています。贵は切断后7日で、再生芽が吻(矢印)と襟(矢尻)部分に形を変えています。骋は切断后11日で、吻や襟が切断前と同等の大きさに再生しているのが分かります。再生された部分は、元の体の色と比べて、色素がうすく透明に见えます。(出典：原着论文の図1より)

用语解説

(※1)颈笔厂细胞
iPS細胞とは、induced Pluripotent Stem Cellsの略で、山中教授らによって開発された人工性多能性幹細胞のことです。体細胞に数種類の因子を導入し培養することで、さまざまな細胞に分化する能力と無限に増殖できる能力をもつ細胞、人工性多能性幹細胞がつくりだせます。

(※2)ギボシムシ
ギボシムシは、全て海栖で背骨がない动物(无脊椎动物)であり、半索动物门に分类されます。半索动物门は、ヒトなどの脊索动物门やウニなどの棘皮动物门と共に、同じ分类群、新口动物群に分类されますが、ギボシムシはその中でも再生能が非常に高いです。新口动物(后口动物ともいう)とは、左右相称动物のうち、発生において、原口が将来肛门やその周辺になる动物群の総称です。动物门が30数门あるうち、半索动物门、脊索动物门、棘皮动物门の3门のみがこの分类群に含まれます。これと対照に、残りのほとんどの左右相称动物は、原口が将来口またはその周辺になる动物群で、旧口动物(前口动物ともいう)と呼ばれます。

(※3)リプログラミング因子
分化した細胞を、初期の段階、つまり未分化な状態へと導く因子のことです。山中教授らがiPS細胞の開発時に発見したOct4, Sox2, Klf4, c-Mycの4つの転写因子(山中因子)が有名です。我々は、リプログラミングの開始に重要なOct4に重点をおいて研究を行いました。

(※4)ホモログ
共通祖先に由来する类似性の高い塩基配列のことです。

(※5)再生芽
动物の再生において、初期段阶で见られる未分化な细胞の集合体で多分化能をもち、膨らみや突起として観察されます。

(※6)全能性干细胞
全ての细胞タイプに分化可能な干细胞のことです。

论文情报

  • 掲載誌: Frontiers in Ecology and Evolution
  • 論文タイトル: Ancestral stem cell reprogramming genes active in hemichordate regeneration
  • 著者名: Tom Humphreys1+, Keith Weiser1, Asuka Arimoto2, Akane Sasaki2, Gene Uenishi1, Brent Fujimoto1, Takeshi Kawashima3, Kekoa Taparra1, Janos Molnar1, Noriyuki Satoh3, Yusuke Marikawa1, Kuni Tagawa2*
    1. ハワイ大学生物発生研究所
    2. 広島大学大学院统合生命科学研究科附属临海実験所
    3. 沖縄科学技術大学院大学
  • DOI: 10.3389/fevo.2022.769433
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掲載日 : 2022年02月15日


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