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(大学院)
写真 発生生物学研究室
たった1個の細胞である受精卵から複雑な体ができる過程で、体の形や細胞の種類,様々な機能の器官をつくるために,どのような遺伝子や分子が,いつ,どこで、どうやって働いているのかを研究しています。動物の発生プログラムを明らかにすることは、再生医療の基礎になります。
教 員
准教授 福田 公子 e-mail
准教授 高鳥 直士 e-mail
西駕 秀俊* e-mail
*客員教授
脊椎動物の消化管分化機構の解明
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ニワトリ胚の前腸と肝臓マーカー遺伝子の発現
口と肛門をつなぐ一本の長い管である消化管は,いろいろな器官に分化します.
1,どうやって消化管上皮となる内胚葉ができるのか?
2,どうやって管ができるのか?
3,はじめはどこも同じような状態だった消化管がどのような分子機構で機能も構造も全く違う器官に分化してゆくのか?
4,消化器官の境界はどうやってできてくるのか?
5,どのようにして消化管の多様性が生まれてくるのか?
など,消化管の分化を多くの切り口で研究しています.消化管上皮はヒトで,日々分裂,再生を繰り返す,最も再生が盛んな組織です.再生の時に,胚のときに使っていた遺伝子は発現するのか?消化管の病気ではどうなのか,再生医療への応用ができるのか?などにも興味を持っています.

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上図:ニワトリ胚消化管の発生 下図:消化管形成を開始した頃の細胞の動き
様々な細胞を作る基礎になる、中胚葉と内胚葉を作る機構の解析
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動物の体は、様々な細胞により構成されています。これらの細胞は、たった一つの受精卵から作られます。この過程の初期におこる大事なイベントが外胚葉、中胚葉、内胚葉という三種類の細胞を作ることです。それぞれの細胞から、神経、筋肉や消化管といった組織や器官が作られます。中胚葉と内胚葉がどのような機構により作られるのか、多くの研究者が解明しようとしてきました。近年の解析から、多くの動物で中胚葉と内胚葉が中内胚葉細胞という細胞から作られることがわかりました。しかし、中内胚葉細胞という1種類の細胞から、中胚葉と内胚葉という2種類の細胞が作られるメカニズムはわかっていませんでした。
私たちは、マボヤという海の動物を使ってこの問題を解いてきました。マボヤは海の底の岩などにくっついて生活する動物で、写真の左下の突起部(入水口)から海水を吸い込んで、プランクトンや養分を濾しとって、左上の突起部(出水口)から残りの海水を吐き出して生活しています。形からは想像できませんが、ヒトやニワトリ、魚と同じ仲間の脊索動物です。この見慣れない動物は、中胚葉と内胚葉を作る機構を解析するのにぴったりの性質をいくつも持っています。
私たちの研究の結果、中内胚葉細胞の核が将来中胚葉細胞生じる側に移動して、移動した先でNot転写因子をコードするmRNAを放出することで、Not mRNAが中内胚葉細胞の片側に存在するようになることがわかりました。このmRNAは、その後の細胞分裂により中胚葉細胞に受け継がれ、翻訳により作られたタンパク質が中胚葉になるのに必要で、内胚葉にならないようにしていることがわかりました。また、核が移動する向きを決めているのは、将来中胚葉になる側に多く存在している、PI3Kというタンパク質だということもわかってきました。現在、PI3KとNotを中心に、中胚葉と内胚葉の運命が分かれる機構を、受精から順を追って明らかにしようとしています。
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脊索動物の基本的な発生プログラム:保存性と可塑性
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   ホヤの系統上の位置とHox 遺伝子の進化
ホヤは系統上、興味ある位置を占めています。成体は固着性で脊索動物の中ではユニークな体制を持っていますが、発生の過程では、脊索動物の体の特徴を極めて単純な形で備えたオタマジャクシ型の幼生(細胞数約2,600)をつくります。

 受精卵からオタマジャクシ幼生に至る過程は、ホヤ綱を構成する二つの分類群である壁性目(代表的な種としてマボヤ)と腸性目(代表的な種としてカタユウレイボヤ)との間で、細胞系譜を含めてよく保存されています。ところが、マボヤとカタユウレイボヤでは、系統の遠さを反映して、ゲノムは大きく異なっています。

 異なったゲノムで何故同じような発生ができるのか、私たちは、発生を司る鍵遺伝子の発現調節の仕組み、発生過程での働きをマボヤとカタユウレイボヤを用いて研究しています。
 そして、ホヤにおける発生プログラムの実体、それはホヤ間でどの程度保存されているのか、変化しているのか(保存性と可塑性)を明らかにしていきます。
 さらにそれは他の脊索動物との間でどの程度保存されているのか、脊索動物の基本的な発生プログラムとは何かを解明しようとしています。
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        ホヤの発生:マボヤ(左),カタユウレイボヤ(右)
脊索動物の消化管形成プログラム
ニワトリ胚では、胚の全長にわたって内胚葉のシートが形成され、これが前端、後端より、それぞれ袋状の前腸、後腸を形成することによって消化管がつくられます。
 ホヤでは、オタマジャクシ幼生が変態して幼若体となる過程で消化管が形成されます。私達は、どのようにして管ができるのか、その概要を初めて明らかにしました。ホヤの食道、胃は、オタマジャクシ幼生の胴部腹側にある内胚葉と呼ばれる未分化組織の後方部中央から右の部分から生じます。腸は胴部の中央から左側にかけて、幼生の尾の腹側にある内胚葉索と呼ばれる細胞が、胴部に移動してつくられます。

 ニワトリとホヤの消化管の発生様式は異なっていますが、出来上がった消化管では、ともに前後軸に沿って、食道、胃、腸などの器官が認められ、両者で同じように、決まった領域で発現する発生遺伝子があることが分かっています。

 ニワトリ胚(そして魚類胚も)、単純なホヤ胚を用い、それぞれの消化管形成過程をより深く解明し、脊索動物の消化管形成プログラムの実体と、その保存性、可塑性,多様性を明らかにしようとしています。
関連情報
・ 年報 【2015年度】【2014年度】【2013年度】【2012年度】【2011年度
最近の研究業績
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©2015 Department of Biological Sciences, Tokyo Metropolitan University