新田昌輝 生命科学研究科研究員、上村匡 同教授、杉村薫 高等研究院物質－細胞統合システム拠点（iCeMS＝アイセムス）特定拠点准教授らの研究グループは、細胞が器官を形作る際に動いていくメカニズムの一端を明らかにしました。ショウジョウバエを対象に検証した結果、ダクサスという膜貫通タンパク質を多く含む細胞に向かい他の細胞が移動していくことが分かりました。体がどのように作られていくのか、その根本的なメカニズムの理解に貢献する成果です。
本研究成果は、2017年9月12日午前1時に米国の学術誌「Developmental Cell」に掲載されました。
研究者からのコメント
左から、上村教授、新田研究員
本研究によって移動する細胞集団自身の中でのダクサスの細胞間量差が、一方向への移動に重要な役割を果たすメカニズムが明らかになりました。このメカニズムは、原理的には集団外からの情報がなくとも、方向性を持った集団の移動を駆動できることを示唆しています。今後、体の構造を作り出す原理や、その異常が引き起こす病気の原因がより詳しく明らかになることが期待されます。
概要
一個の卵から生物の体ができあがる発生過程では、細胞が適切な箇所へ移動し機能的な器官を形作ります。例えば、心臓の弁が形成される過程では、細胞の集団が方向性をもって移動することが知られています。非典型的カドヘリン（細胞膜上に存在し、細胞同士の接着や細胞間の情報伝達を担う分子）ダクサスはこのような細胞集団の移動を制御すると考えられており、機能が損なわれると心臓の弁の形態が異常になり、僧帽弁逸脱症の原因となることが報告されています。しかしながら、ダクサスが細胞集団の移動を制御するメカニズムは完全には解明されておらず、また、子宮内で発生が進むヒトやマウスでそのメカニズムを詳細に研究することは技術的に困難でした。
本研究グループは、ショウジョウバエの皮膚の細胞が示す集団移動をモデルとして、ダクサスによる細胞の集団移動の仕組みを研究しました。生きた個体内での皮膚細胞の移動やダクサスタンパク質のふるまいを観察し、得られた画像データの定量的な解析を行いました。
その結果、ダクサスによって移動する細胞集団の中では、移動方向に沿って、さなぎの後側の細胞ほど細胞膜上のダクサスの量が多いことが分かりました。さらに、移動する細胞集団の中で、各々の細胞は隣接する細胞が持つダクサスの量を感知し、ダクサスをより多く持つ細胞に向かって移動することが分かりました。従って、皮膚の細胞は、移動する細胞集団内に存在するダクサスの細胞間量差を読み取ることによって、集団の移動方向を決めていることを明らかにしました。
図：ダクサスが細胞集団の後側への移動を制御するメカニズム
皮膚を背側から見下ろした模式図。ダクサスによって移動する集団の後方に位置する細胞ほど細胞膜上のダクサス量は多い。細胞はこのダクサスの細胞間量差を読み取り、細胞の後側にのみ仮足を形成し、一方向的な移動が起こる。
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】 https://doi.org/10.1016/j.devcel.2017.08.001
【KURENAIアクセスURL】 http://hdl.handle.net/2433/227085
Masaki Arata, Kaoru Sugimura and Tadashi Uemura (2017). Difference in Dachsous Levels between Migrating Cells Coordinates the Direction of Collective Cell Migration. Developmental Cell, 42(5), 479-497.
- 京都新聞（9月15日 25面）に掲載されました。
