1.イモリがもつ「例外的」で「高度」な再生能力

有尾両生類の仲間であるイモリ（Newt：註1）は、中生代白亜紀の後期（およそ9,000万年前）にサンショウウオの一種から進化した動物群であり、その現生種のほとんどは新生代（およそ6,500万年前以降）に現れたと考えられている。ヒトを含む四肢動物（4本足の脊椎動物）の共通祖先はおよそ3億6,000万年前に出現したと予測されており、イモリは進化の歴史の中でも比較的最近、地球上に出現した動物群と言える。

イモリは四肢や尾だけでなく、脳や心臓の一部、眼のレンズ（水晶体）や網膜など、体の様々な部分を失っても完璧に再生できる。もっとも水性期（胚、幼生、胎児）の四肢動物は多かれ少なかれ、同様の能力をもっている（図1）。ただしこの能力は通常陸生期になると大きく減退していくのだが、イモリは例外的に歳をとっても何度でもくり返し再生できるところに特徴がある。この事実は、18世紀にイタリアの博物学者Lazzaro Spallanzani（ラザロ・スパランツァーニ）によって発見されて以来、多くの研究者によって検証されてきた。1970年代に岡田節人、江口吾朗らは、こうしたイモリの卓越した再生能力が細胞の脱分化によって支えられていることを、レンズ再生の研究で示した。私たちは近年、網膜と肢の再生でも脱分化が起きていることを見出した。成体のイモリが肢を失うと未分化な細胞が集合したふくらみ（再生芽）ができ再生が始まるのだが、この未分化細胞は、組織を構成していた筋肉や骨がいったんその特徴を失った（脱分化した）ものなのである。一方、水性期の再生を支えているのは幹細胞(註2)である。脱分化型の再生は陸生期に減退する幹細胞型の再生を補うしくみとして、イモリが進化の過程で独自に獲得したものだと私たちは考えている。

2.イモリ独自の能力を遺伝子解析から探る - Newtic1の発見

成体イモリがもつ高度な再生能力はヒトを含む脊椎動物が共通にもつ遺伝子のはたらきで説明できるのか、それともイモリは固有の遺伝子を獲得したのか。この問題に答えるべく、アカハライモリ（Cynops pyrrhogaster）の遺伝子発現の情報を網羅するトランスクリプトーム・データベース(註3)を作製した。

そして、成体アカハライモリの肢再生に注目し、再生芽の形成に伴って発現が増える遺伝子を探索した。結局、イモリ固有の遺伝子は見つからなかったが、有尾両生類の進化過程で出現したと考えられる新奇遺伝子が一つ見つかったのでNewtic1と名付けた。私たちはこの遺伝子が細胞の脱分化を制御する、核ではたらく転写因子ではないかと予想したのだが、意外にも細胞膜に結合する膜タンパク質の遺伝子であることが明らかになった（図2）。 そこでNewtic1タンパク質を発現する細胞を丹念に調べたところ、さらに意外なことに一部の赤血球であることがわかった。

　成体イモリの赤血球は、脾臓でつくられ体内を循環しながら成熟する（図3）。Newtic1は成熟途上の赤血球（polychromatic normoblast: PcNob）に特異的に発現し、そのタンパク質は細胞の縁（赤道面）に沿ってリング状に局在している。もっとも、すべてのPcNobがNewtic1を発現するわけではない。酸素を運ぶ能力の発達とは連動せず、いずれの発達段階でも25-30％に発現している。

さらにNewtic1を発現するPcNobは集合体（erythrocyte clump: EryC）を形成すること、正常な血液中でEryCは必ず単球（白血球の一種）と複合体をつくることも見出した（図4）。このEryC-単球複合体はNewtic1を発現していない単独の赤血球とともに全身を循環している。

3.成長していく再生芽とNewtic1の関係は？

成体イモリの肢再生過程では傷口が閉じた頃から、切断部の組織の毛細血管中でPcNobが徐々にNewtic1を発現する。Newtic1を発現したPcNobは、EryCを形成しつつ再生芽の成長に伴い先端部に集積していくのである（図5）。このとき、EryCは再生芽に向けて伸びる新生血管の内部にあり、血管の伸長に伴って再生芽の先端部に運ばれるようだ。興味深いことに、ここで見られるEryCは単球を伴わない。正常な血液中の複合体とは異なり、Newtic1発現赤血球だけの集合体なのである。再生芽が発達し、軟骨ができる頃になると、再生芽の先端部で血管どうしが結合し、血液循環が再開する。これに伴って血液は正常血に置き換わり、結果として再生芽中のEryCの密度が減少する。幼生イモリ（水性期）で成体と同様の赤血球の存在を調べたところ、Newtic1の発現はごく稀にしか検出できないうえに、肢の再生芽の血管には存在しなかった。つまり全身を循環するEryC-単球複合体も、肢の再生芽に集積するEryCも成体イモリに特有の存在なのである。

4.さまざまなタンパク質を運ぶ赤血球

EryCが再生芽の先端部に集積することから、赤血球が何らかの因子を分泌しているのではないかと考えた。イモリの赤血球には核があり、タンパク質の合成や分泌に必要な細胞内小器官が存在する。遺伝子解析の結果、PcNobには成長因子や細胞外基質分解酵素、機能未知の因子を含む数多くの分泌因子が存在することがわかった（図6）。その中には、肢の再生芽形成に必須とされるタンパク質分解酵素（メタロプロテアーゼ）や、筋細胞の脱分化に関わるとされるBMPファミリーの因子（BMP2）、イモリ固有の構造をもつ成長因子で心臓再生に関わる可能性が示唆されているnsCCNが含まれていた。すなわち、イモリの赤血球は、こうした因子を全身に運ぶ「薬のカプセル」のようなものだと考えられる。2つの成長因子（TGFβ1、BMP2）に着目して解析した結果、両因子ともEryCが再生芽の先端部に移動する過程で個々のPcNobから失われていくことがわかった。これはまさに、「薬のカプセル」から薬が放出される過程と考えられる（図7）。

私たちヒトを含め、哺乳類の赤血球には核もタンパク質合成能もなく、その機能は酸素運搬しか知られていない。今回、Newtic1の発見を通して、成体イモリでは赤血球が分泌因子を介し他の細胞にはたらきかけたり、血流を整えたりすることで再生に関与している可能性が明らかになった。Newtic1はイモリ固有の遺伝子ではなかったが、成体イモリ独自の再生能力を説明する遺伝子の一つと考えてよいだろう。

今回、脱分化にかかわるイモリ固有の遺伝子は見つからなかったことから、脱分化は脊椎動物に共通の遺伝子のはたらきである可能性が高まった。私たちは今、ヒトゲノムの10倍以上もある長大なイモリゲノムの解読を進めNewtic1と赤血球内の分泌因子の機能解析とゲノム情報から、イモリの例外的で高度な再生のしくみを解明していこうと考えている。

千葉 親文（ちば・ちかふみ）

1995年筑波大学大学院生物科学研究科生物物理化学専攻修了。博士(理学)。同大学大学院生命環境科学研究科講師、准教授などを経て2018年より同大学生命環境系教授。イモリ研究者で作るイモリネットワーク代表。