原著論文
  Harata A. Nishida H. Nishihara A. Hashimoto C. (2016)
Purinergic P2Y Receptors Are Involved in Xenopus Head Formation
CellBio, 5: 49-65 DOI: 10.4236/cellbio.2016.54004
 脊椎動物の頭部構造は、外部感覚器官を持ち、脳が頭蓋骨によって覆われているといった無脊椎動物は持たない複雑な頭部構造を進化の過程で獲得してきました。私たちは, 脊椎動物がどのようにして特殊な頭部構造の獲得し得たのかを知るためのヒントとして、 脊椎動物にのみ存在し, 脊椎動物種間での保存性が高く、且つ、将来頭部となる領域に限局して働くアフリカツメガエル胚のP2Y受容体の役割に注目してきました。P2Y受容体とは、Gタンパク質共役型受容体の一つであり、細胞外に放出されたヌクレオチドによって活性化され細胞内の環境を調節しています。これまでの研究では、初期発生過程におけるP2Y受容体の役割はほとんど明らかにされていませんでした。
 今回の研究では、アフリカツメガエルのP2Y受容体の中でも特に近縁であるP2Y1とP2Y11が頭部形成に関わる領域に発現することを示し、さらにそれら遺伝子の機能阻害実験を行うことで, それぞれの遺伝子が頭部形成過程において重要な役割を担っていることを明らかにしました。具体的には、両者とも神経領域と表皮領域が決まる原腸胚期から発現が確認でき, その後は, 神経領域や頭部構造の大部分を構築する神経堤細胞やプラコード等に局在していました。また、それぞれの機能阻害を行なうと, 頭部構造の大部分が欠損しており, 頭部形成過程にこれらの遺伝子が大きく関与していることが示されました。さらに、頭部が形成される初期過程で様々な遺伝子マーカーの発現への影響を調べた結果、頭部領域が決まる神経誘導にP2Y1やP2Y11が関わっていることが示唆されました。これらは、脊椎動物にのみその存在が認められる遺伝子である事、また、脊椎動物を定義すると言われる頭部の形成に重要である事から、進化における脊椎動物の出現の際に重要な役割をしたとも考えられます。
  Yanagi T. Ito K. Nishihara A. Minamino R. Mori S. Sumida M. Hashimoto C. (2015)
"The Spemann organizer meets the anterior-most neuroectoderm at the equator of early gastrulae in amphibian species" Development, Develop.Growth Differ . DOI: 10.1111/dgd.12200
 13年前に私たちは、アフリカツメガエルを用いた研究から両生類の原腸形成過程を示すモデルを公表しました(Koide et al. 2002)。その論文では、原腸胚のかなり早い時期に胚の赤道領域で頭部オーガナイザーが予定頭部神経と接することを示しましたが、一般に信じられているモデルと大きく異なることや、ツメガエルが両生類の世界では特殊だと考えられていたことなどから、世界的に受け入れられずにいました。そこで今回は、ツメガエルで提示したモデルが両生類に一般化できるかを確かめるために、広範囲の両生類種を用いて解析を進めたところ、研究に用いたすべての両生類において、杖が得ると基本的に同じ機構で原腸形成が進んでいることが明らかとなりました。

 また、前回の論文では頭部オーガナイザーと予定頭部神経組織が接する時期と場所について明らかとしましたが、それ以前にオーガナイザーがどのような動きにより予定頭部神経組織と接するのかについては不明なままでした。今回、オーガナイザーの動きを詳細に解析したところ、有尾両生類(アカハライモリ)・無尾両生類(ツメガエル)において新しい組織運動を見いだし、サブダクション&ジッパリングと名付けました。このオーガナイザーの動きは、原索動物の動きと高い類似性を示し、またニワトリのヘンゼン結節の動きにもよく似ていることがわかり、両生類の原腸形成機構が脊索動物門に共通するモデルになりうる可能性が出てきました。鳥類や哺乳類の原腸形成過程は細胞増殖を伴い、胚自体の大きさが変化しますので、組織の動き自体を抽出するのが難しいのですが、この両生類のモデルに当てはめて見直すことで本質的な解析が可能となるかもしれません。
  Nishihara A. and Hashimoto C. (2014)
" Tail structure is formed when blastocoel roof contacts blastocoel floor in Xenopus laevis " Develop.Growth Differ. 56, 214-222
 両生類のオーガナイザーは、切り取る時期に応じてその活性が異なり、原腸胚後期の原口背唇部を切り取って移植した場合には尾部の形成が誘導され、この移植された組織を「尾部オーガナイザー」と呼ぶ。尾部オーガナイザーはこれまでに一部の有尾両生類による報告はあったものの、アフリカツメガエルでは移植によって尾部の形成を誘導することは見られていなかった。
 今回、後期胞胚・初期原腸胚の胞胚腔の屋根を傷付けることで、移植片の存在無しに異所的な尾部の形成が誘導されることが分かった。この異所的な尾部形成過程に発現する種々の遺伝子は本来の尾部形成に必要な遺伝子と一致し、また、本来の尾部形成を阻害することが知られているFGFの阻害をすることで、異所的な尾部形成も阻害されることが分かり、この「傷つけ」による尾部形成機構は本質的に正常発生過程で本来の尾部が生じる機構に等しいことが示された。さらに、この異所的な尾部形成は、「傷つけ」自体によって誘導されるのではなく、傷付けたことで胞胚腔が潰れることで胞胚腔の屋根と床が物理的に接することによることが示された。
 この胞胚腔の屋根と床の接触は、原腸形成後期に尾部形成領域で見られる組織同士の接触によく似ており、尾部形成過程にオーガナイザーと呼ばれる魔法の機能領域を持ち出さなくても、正常な形態形成運動によって、「正しい時期に正しい組織同士が接触することで本来の場所に正しく尾部を形成させるのではないか?」という新しい考えもできる。ツメガエル以外のいくつかの両生類で見られる「尾部オーガナイザー」に関しても、誘導という概念ではなく組織の接触という立場から見たときに新しい発見があるのかもしれない。
 また、この異所的な尾部形成は、発生の比較的早い時期に簡単に誘導でき、複雑な形態形成過程を踏まないことから、尾部形成の分子機構を詳細に解析する優れた実験方法となる可能性を示唆する意味でも重要だろうと感じる。

この論文は、DGD奨励賞(DGD Young Investigator Paper Award 2015)を受賞しました。 受賞理由はこちら→

  Murato Y. and Hashimoto, C . (2009)
"Xhairy2 functions in Xenopus lens development by regulating p27xic1 expression" Dev.Dyn. Vol. 238, 9, 2179-2192
 脊椎動物の眼は、その構成要素を網膜と水晶体(レンズ)に大別できる。網膜はその由来を間脳の一部を辿ることができるが、レンズは表皮の一部から形成される。古典的なモデルでは、発達中の網膜である眼胞が表皮に接触することにより、その表皮がシグナルを受け取りレンズに分化すると説明されている。以来、シグナルの物理的実体の同定に力が注がれてきたが、どのような表皮でも眼胞からのシグナルを受け取ればレンズに分化できるわけではないという重要な事実が軽視されてきたことを指摘せねばならない。つまり、シグナルの受け手としての表皮にも適性(competence)があるわけだが、この実態はほとんど明らかにされていなかった。私たちがこれまで注目してきたXhair2 遺伝子の機能解析の結果、眼の形成過程において、知られている限り最も早い時期からXhair2がレンズ形成に特異的に必要とされることが明らかになった。このメカニズムとして、表皮の一部でXhair2が発現することによって、分化状態を促進し細胞周期を停止させる活性のあるp27xic1の発現が抑えられているということを見いだした。以上の結果から、Xhair2が存在することにより、レンズになるべき表皮の細胞が、シグナルを受け取るまで未分化で増殖可能な状態を維持していることが示唆される。これらの状態が、レンズ適性の実態の一部ではないかと私たちは考えている。
  Murato, Y., Nagatomo, K., Yamaguti, M. and Hashimoto, C . (2007)
"Two alloalleles of Xenopus laevis hairy2 gene-evolution of duplicated gene function from a developmental perspective." Dev Genes Evol. 217:665-673
  Nagatomo, K. and Hashimoto, C . (2007)
"Xenopus hairy2 functions in neural crest formation by maintaining cells in a mitotic and undifferentiated state" Dev.Dyn. 236:1475-1483
  Murato, Y., Yamaguti, M., Katamura, M. Cho, K.W.Y and Hashimoto, C. (2006)
"Two modes of action by which Xenopus Hairy2b establishes tissue demarcation in Spemann's organizer." Int. J. Dev. Biol. 50: 463-471
  Yamaguti, M., Cho, K. W. Y. and Hashimoto, C. (2005)
"Xenopus hairy2b specifies anterior prechordal mesoderm identity within Spemann's organizer" Dev.Dyn. 234: 102-113
  Tsuji, S. and Hashimoto, C. (2005)
"Choice of either b-catenin or Groucho/TLE as a co-factor for Xtcf-3 determines dorsal-ventral cell fate of diencephalon during Xenopus development" Dev Genes Evol. 215 (6): 275-84
  Tsuji, S., Cho, K. W. Y. and Hashimoto, C. (2003)
"Expression pattern of a basic helix-loop-helix transcription factor Xhairy2b during Xenopus laevis development." Dev Genes Evol. 213: 407-411
  Koide, T., Umesono, K. and Hashimoto, C. (2002)
When does the anterior endomesoderm meet the anterior-most neuroectoderm during Xenopus gastrulation? Int. J. Dev. Biol. 46: 777-783
  Wunnenberg-Stapleton, K., Blitz, I. L., Hashimoto, C. and Cho, K. W. Y. (1999)
Involvement of the small GTPases XRhoA and XRnd1 in cell adhesion and head formation in early Xenopus development. Development, 126, 5339-5351
  Laurent, M. N., Blitz, I. L., Hashimoto, C., Rothbacher, U. and Cho, K. W. Y. (1997)
The Xenopus homeobox gene Twin mediates Wnt induction of Goosecoid in establishment of Spemann's organizer. Development, 124, 4905-4916.
  Itakura, M., Moritani, M., Yoshimoto, K., Hashimoto, C., Otsuka, S., Sana, T. and Miyazaki, J-i. (1996)
Immunostimulatory versus immunosuppressive roles of IL-10 in IDDM: Analysis with IL-10-producing transgenic NOD mice. Lessons from Animal Diabates VI, Shafrir, E. ed. 149-173
  Watabe T., Candia A.F., Hashimoto C., Rothbacher U. and Cho K. W-Y. (1995)
"Molecular mechanisms of Xenopus goosecoid gene-regulation" Developmental Biology 170: 773-773
  Watabe, T., Kim, S., Candia, A., Rothbacher, U., Hashimoto, C., Inoue, K. and Cho, K. W. Y. (1995)
Molecular mechanisms of Spemann's organizer formation: conserved growthfactor synergy between Xenopus and mouse. Genes Dev. vol 9, No. 24, 3038-3050
  Hawley, S. H. B., Wunnenberg-Stapleton, K., Hashimoto, C., Laurent, M. N., Watabe, T., Blumberg, B. W. and Cho, K. W. Y. (1995)
Disruption of BMP signals in embryonic Xenopus ectoderm leads to direct neural induction. Genes Dev. vol. 9 No. 23, 2923-2935
  Itakura, M., Moritani, M., Tashiro, H., Hashimoto, C., Miyazaki, J-i., Ii, S., Kudo, E., Iwahana, H., Hayashi, Y., Sano, T. and Yoshimoto, K. (1994)
Paracrine IL-10 accelerrates autoimmune insulitis and diabetes in transgenic NOD mice. Diabetes 1994, Baba, S. and Kaneko, T. ed. 540-549
  Ishii, M., Tashiro, H., Hagiwara, S., Toyonaga, T., Hashimoto, C., Takei, I., Yamamura, K-i. and Miyazaki, J-i. (1994)
Embrionic Expression of MHC Class I Heavy and Light Chains in Transgenic Mice. Endocrine Journal 41(Suppl.), S9-S16
  Moritani, M., Yoshimoto, K., Tashiro, F., Hashimoto, C., Miyazaki, J-i., Ii, S., Kudo, E., Iwahana, H., Hayashi, Y., Sano, T. and Itakura, M. (1994)
Transgenic Expression of IL-10 in pancreatic islet A cells accelerates auto immune insulitis and diabates in non-obese diabetic mice. International Immunology vol. 6, No.12, 1927-1936
  Hashimoto, C. and Fujisawa, H. (1992)
Transcription Dependence of DNA Packaging of BacterioPhages T3 and T7. Virology 191, 246-250
  Hashimoto, C. and Fujisawa, H. (1992)
DNA sequences Necessary for Packaging Bacteriophage T3 DNA. Virology 187, 788-795
  Fujisawa, H., Kimura, M. and Hashimoto, C. (1990)
In Vitro Cleavage of the concatemer Joint of Bacteriophage T3 DNA. Virology 174, 26-34
  Hashimoto, C. and Fujisawa, H. (1988)
Packaging and Transduction of Non-T3 DNA by Bacteriophage T3. Virology 166, 432-439
日本語のレビュー
  橋本主税(2016)
『生物の科学 遺伝』
2016年9月号 博物館便りVol.70,No.5,p426.
  橋本主税
両生類の原腸形成機構
数研出版 サイエンスネット 49: 2-5 (2014)
  橋本主税
「アフリカツメガエルの原腸形成機構」
化学と生物 vol.41, No.11,738-744, 2003
  橋本主税
「オーガナイザー形成の分子機構、発見から3/4世紀を経て見えてきた新しい姿」
蛋白質・核酸・酵素 vol.43, No10., 1336-1346, 1998
  橋本主税
「Wnt、TGFβファミリー 両生類のオーガナイザー形成の分子機構」
細胞工学 vol. 16, No. 5, 678-685 , 1997
  橋本主税・CHO, Ken W.-Y. 
「両生類における神経誘導と部域化」
実験医学 vol. 14, No. 8, 1089-1094 , 1996
  橋本主税・藤澤久雄
「T3、T7ファージの複製と遺伝子発現」
蛋白質・核酸・酵素 vol. 37, No. 14, 228-237 , 1992
 
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