ツメガエル胚の外胚葉パターニングにおける細胞張力依存的シグナル伝達制御機構

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神経板・神経堤・プラコード・表皮からなる外胚葉各領域の正確な規定は、胚発生を確実に行う上で必須である。外胚葉領域の部域化にはリガンドの濃度勾配とそれに応答するシグナル経路が関与するが、細長い領域である神経堤・プラコードを正しく形成するには何か別の仕組みも必要であると考えられる。近年、シグナル経路のON-OFFに物理的な力が関与する研究が報告されているが、シグナル経路、細胞張力、外胚葉パターニングの三者を直接結びつけた研究はまだまだ少ない。そこで本課題ではツメガエル胚およびヒトiPS細胞を用い、部位特異的な張力が外胚葉パターニングにどのような影響を与えるかについて調べるとともに、伸展刺激により外胚葉パターン（あるいはそれを制御する細胞内シグナリング）が変動する根拠は何か、その分子メカニズムを明らかにすることを目的としている。これまで、カエル胚を用いた研究では、伸展刺激がBMPシグナルの細胞内因子Smad1のリン酸化を亢進させること、同じく伸展刺激により神経堤マーカーの発現量が増加すること、細胞のアピカル面を収縮させることで外胚葉の一部に人為的な張力を発生させたとき神経堤領域の拡大が見られることなどを明らかにした。またヒトiPS細胞を用いた研究では、細胞の伸展刺激によりプラコード遺伝子の発現が上昇することを明らかにした。令和四年度では、カエル胚に遠心刺激を与えると神経堤領域が拡大すること、逆に外胚葉細胞の張力を弛緩すると神経堤領域が縮小することを明らかにした。また、胚表面の吸引率測定の結果から、外胚葉の剛性が領域ごとに異なることが分かった。このことは外胚葉各領域にかかる張力の違いを示唆しており、領域特異的な力発生の根拠の一つであると考えられる。ヒトiPS細胞を用いた実験でも、神経堤・プラコードの分化と伸展刺激の強度との関係が明らかになりつつある。