イモリを用いた四肢再生過程における関節形成機構の研究

カエルは、肢を切断されると、スパイクと呼ばれる尖頭様の軟骨が再生するのみで、関節を再生することはできないと言われてきた。しかし、昨年度に発表したイモリの肢の再生過程の研究で見出した知見を応用することで、カエルにおいても機能的な関節が再生できることを今回はじめて見出し、発表した。まず、イモリで行った実験と同様、カエルの肢を肘関節部で切断し、再生した組織の形態をEFIC(Episcopic Fluorescence Image Capture)と呼ばれる装置を用いて観察した。すると、再生したスパイク軟骨の基部には、残存部の上腕骨に残った肘関節の形状と相補的な関節形態が作られており、また、残存部の筋肉は腱を介してスパイクの軟骨に挿入されていることも確認できた。さらに、再生した肘関節は実際に動かすことのできる機能的なものであることもわかった。次に、カエルの関節の再生過程を組織切片で観察することで、再生の初期には残存部と再生部が部分的につながっているものの、それが関節腔によって再び分断され、もとの肘関節の噛み合わせ構造が再形成される様子が確認できた。また、関節の発生に重要な働きをもつGdf5の発現とWnt/β-cateninシグナルの活性を、それぞれin situ hybridizationとβ-cateninに対する免疫染色を行って解析した。その結果、関節の再生は、関節発生とは異なる分子、細胞メカニズムで起こることが示唆された。本研究の成果は、残存部と再生部の組織間相互作用に基づく形態形成の仕組み(=組織間調和のメカニズム)は、再生能力の高いイモリだけに見られるものではなく、再生能力の低い動物にも見られるより一般的な再生原理である可能性を示唆するもので、カエルと同様に関節を再生できない哺乳類においても機能的な関節再生を実現し、再生医療応用の可能性を切り開くものと期待される。

カエルは、肢を切断されると、スパイクと呼ばれる尖頭様の軟骨が再生するのみで、関節を再生することはできないと言われてきた。しかし、昨年度に発表したイモリの肢の再生過程の研究で見出した知見を応用することで、カエルにおいても機能的な関節が再生できることを今回はじめて見出し、発表した。まず、イモリで行った実験と同様、カエルの肢を肘関節部で切断し、再生した組織の形態をEFIC(Episcopic Fluorescence Image Capture)と呼ばれる装置を用いて観察した。すると、再生したスパイク軟骨の基部には、残存部の上腕骨に残った肘関節の形状と相補的な関節形態が作られており、また、残存部の筋肉は腱を介してスパイクの軟骨に挿入されていることも確認できた。さらに、再生した肘関節は実際に動かすことのできる機能的なものであることもわかった。次に、カエルの関節の再生過程を組織切片で観察することで、再生の初期には残存部と再生部が部分的につながっているものの、それが関節腔によって再び分断され、もとの肘関節の噛み合わせ構造が再形成される様子が確認できた。また、関節の発生に重要な働きをもつGdf5の発現とWnt/β-cateninシグナルの活性を、それぞれin situ hybridizationとβ-cateninに対する免疫染色を行って解析した。その結果、関節の再生は、関節発生とは異なる分子、細胞メカニズムで起こることが示唆された。本研究の成果は、残存部と再生部の組織間相互作用に基づく形態形成の仕組み(=組織間調和のメカニズム)は、再生能力の高いイモリだけに見られるものではなく、再生能力の低い動物にも見られるより一般的な再生原理である可能性を示唆するもので、カエルと同様に関節を再生できない哺乳類においても機能的な関節再生を実現し、再生医療応用の可能性を切り開くものと期待される。