四肢の発生における細胞間シグナル因子のネットワーク

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パターン形成の分子メカニズムを解明するために、ニワトリ胚の肢芽でレトロウイルスベクターを用いて種々の遺伝子を異所的に発現し、四肢パターンに対する影響を調べた。タイプI(BRK-1、BRK-2)、タイプII(BRK-3)のBMPレセプターのうち、BRK-1は肢芽間充織で弱く発現し、一方BRK-2は肢芽中心部の凝集した間充織で局所的に発現し、発生が進むと指骨の先端部で強く発現する。BRK-3は指の間の間充織および頂堤で発現が見られる。キナーゼドメインを欠失した優性欠損型(DN)のレセプター、BRK-2-DN/BRK-3-DNをレトロウイルスベクター(RCAS)を用いて肢芽全体で発現させると軟骨分化が抑制され、その結果骨のパターンに異常が見られる。骨の欠損は後部側先端部で優先的に起こり、前腕では尺骨が欠損する。先端部の指骨、中手骨の欠失も後部側でより顕著である。しかしこれらは単独では効果が見られないので、BRK-2/BRK-3のレセプター系が指骨のパターン形成に関係していると考えられる。リガンドのBMP-2、BMP-7のみならずレセプターのBRK-2もSonic hedgehog(Shh)によって発現誘導されること、またShhからPatched/Smoothenedへの系は短距離のシグナルとして働くことなどから、BMPはShhの下流で働く前後のパターン形成に関与する遠距離のシグナルであると推定される。肢芽で発現するLIMドメインを持つホメオドメイン蛋白質(LIM-HD)をコードする遺伝子をニワトリ胚で同定し、その発現パターンを調べた。LH-2サブファミリーのうちLH-2Aは遠近軸に関して、LH-2Bは前後軸に関して固有の発現パターンを示すことを見出した。特に、LH-2Bはステージ18〜30で肢芽の前側半分の間充織で一貫して発現し、これはShhによって発現抑制がかかる。RCASを用いてこれを肢芽全体で発現すると、四肢の骨のパターンには影響が見られなかったが、後部の羽芽のパターンが前部の形質に変換した。このことは、LH-2Bが肢芽において外皮の形質を決める因子であることを示唆する。