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ストレス耐性を担う組織の発生機構解明

2012年6月22日


高橋教授(左)と斎藤助教(右)

 多くのストレスにさらされる現代社会において、恒常性(ホメオスタシス)の乱れによる「現代病」が急増しています。恒常性は自律神経系によって調節されます。自律神経系のなかでも、交感神経と副腎は特に重要な組織です。しかし、これらの臓器の機能(の異常)がどのようにして「自律神経失調症」や「ストレスに強い(弱い)体」に結びつくのかはほとんどわかっていません。その理由として、交感神経系の成り立ちのしくみが全く解明されていないことが考えられます。

 このたび、高橋淑子 理学研究科教授および斎藤大介 奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科助教は、モデル動物であるニワトリ胚の遺伝子操作を用いて、個体発生過程における交感神経系の形成機構を解明しました。この研究成果は、6月22日号の米国学術誌「Science」に掲載されました。

研究内容

 初期発生過程において、交感神経系と副腎は同じ前駆細胞からつくられる。その前駆細胞は「神経堤細胞」と呼ばれるのもので、幹細胞のような未分化状態として出現したのち、胚内を長距離にわたり移動するうちに徐々に分化する。交感神経系が作られる場合、神経堤細胞はまず体の中心にある背側大動脈(以下、大動脈という。)に向かって移動する。そして大動脈付近で、さらに副腎になるものが分岐する。高橋教授らは、以下のような解析をとおして、大動脈が交感神経系形成の鍵を握ることを突き止めた。

大動脈が神経堤細胞の移動を制御する

 トリ胚の利点をいかして、大動脈を胚内の本来とは異なる場所に移植したところ、その場所に向かって神経堤細胞が移動した。このことは、大動脈が神経堤細胞を誘引することを示す。さらに詳しく調べたところ、大動脈から分泌されるBMP蛋白質がその周辺でさまざまな因子の産生を促すこと、そしてこれらの因子こそが細胞誘引を直接的に引き起こすことがわかった。これらの細胞誘引因子には、免疫細胞の移動をコントロールするものも含まれるなど、免疫系と神経系の共通性もうかがえた。

前駆細胞から交感神経と副腎がつくられるためには、大動脈からのシグナルが必要

 大動脈にたどり着いた神経堤細胞は、やがて交感神経と副腎の2種類へと分岐するが、この分岐にも大動脈から分泌されるBMP蛋白質が働くことがわかった。BMPシグナルが働くと副腎細胞が分化する。このことは、BMPシグナルを人工的にブロック(阻害)すると、交感神経はできるが副腎は作られないという実験結果から示された。


図:交感神経系の細胞は、背側大動脈に向かって移動する。そこでさらに分岐して、最終的に交感神経と副腎がつくられる。これらの一連の現象には、背側大動脈が中心的な役割をもち、BMP蛋白質が「司令塔」として働く。

研究の意義

世界初の技術開発

 これらの発見は、主にトリ胚の胚操作を用いて得られたものである。特筆すべきは、同一の胚内で、血管(大動脈)と神経(神経堤細胞)の両方を同時にかつ別々に遺伝子操作するという、世界で初めての技術を開発したことである。神経と血管は、胚発生の過程から成体 まで、いろいろなところで密接に関わっていることは「経験的」に知られているが、両者の関係性を遺伝子や蛋白質の機能から明らかにした研究はほとんどなく、今回の発見は大きな成果といえる。

自律神経失調症の治療やストレスに強い体づくりを目指した細胞治療技術の基盤づくり

 副腎を除去されると私たちは死にいたる。また交感神経はその正確な機能はおろか、どこでどのようにして作られるのか、ほとんどわかっていなかった。

 本研究から、交感神経系がつくられるためには、液性因子BMPが極めて中心的な役割を持つことが証明された。iPS細胞から交感神経や副腎をつくったという報告はまだない。今後の細胞工学や細胞治療、そして自律神経失調症の治療にむけて、BMPは注目されるべき蛋白質となるであろう。また自律神経にかかわる血管の作用も本研究で明らかになったことから、循環器系の治療と自律神経失調症とのかかわりも大いに期待される。

書誌情報

[DOI] http://dx.doi.org/10.1126/science.1222369

Saito Daisuke, Takase Yuta, Murai Hidetaka, Takahashi Yoshiko.
The Dorsal Aorta Initiates a Molecular Cascade That Instructs Sympatho-Adrenal Specification. Science 22 June 2012: 336 (6088), 1578-1581
doi: 10.1126/science.1222369

 

  • 京都新聞(6月22日 27面)および日刊工業新聞(6月25日 17面)に掲載されました。