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» 2019年02月26日 15時00分 公開

医療技術ニュース:動物の体節が正確につくられる仕組み、体内時計が“いい加減”な細胞を指揮

京都大学は、数理モデルと実験を組み合わせることで、体内時計が細胞同士を協調させて、体節を正確に作るメカニズムの一端を明らかにした。

[MONOist]

 京都大学は2019年2月6日、数理モデルと実験を組み合わせることで、体内時計が細胞同士を協調させて、体節を正確に作るメカニズムの一端を明らかにしたと発表した。同大学大学院生命科学研究科 准教授の本田直樹氏と奈良先端科学技術大学院大学の共同研究による。

 体節は、発生過程で体軸に沿って繰り返し作られる構造で、背骨などの元となるものだ。この体節が作られる場所では、一定の時間間隔で活性化する遺伝子が時計の役割を果たし、この体内時計(分節時計)のリズムに合わせて均一な体節が作られること、時計が機能しないと体節の大きさが不均一になることが知られている。

 研究グループはこれまで、ERKと呼ばれる分子の活性変化が体節を作る場所を決めることを明らかにしている。今回の研究では、ERKに制御される体節形成をコンピュータでシミュレーションするための数理モデルを作成。時計がない状況でシミュレーションすると、ERKの不活性化が不規則なタイミングで引き起こされ、その結果、不均一な体節が作られることが予測された。この現象を解析すると、細胞内のノイズの影響が細胞同士のコミュニケーションによって空間的に伝播(でんぱ)していくことで、細胞全体の協調性が失われて不均一な体節が作られることが分かった。

 一方、時計が一定のリズムを刻む状況では、ノイズの影響があるにもかかわらず、ERKの不活性化が一定間隔で正確に引き起こされ、均一な体節が作られた。また、時計がない場合に起こるノイズ伝播(でんぱ)は、時計の働きで一時的にシャットアウトされる。これにより、ノイズの影響を最小限に留め、細胞たちの協調性を高めていることが分かった。

 実際に、ERK活性を可視化できる特殊な分子を小型の魚に入れ、体節形成におけるERK活性を顕微鏡で観測した。その結果、数理モデルの予測通り、時計が働いている場合はERK不活性化が一定間隔で引き起こされ、時計が止まっている場合はその間隔が不規則になることを確認した。

 これらの成果から、体内時計の刻むリズムがノイズをキャンセルする効果を持つことを示した。時計がバラバラに振る舞う細胞たちを協調させることで、体節形成がノイズに影響されずに再現性よく作られることが判明した。体節形成の異常は、脊椎肋骨異常症などのヒトの発生疾患を招くことから、同成果は、こうした疾患の予防や治療法の開発につながることが期待される。

photo 同研究の概要図(クリックで拡大) 出典:京都大学

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