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両生類のよ うに人間 は再生できるようになるのか?
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岡山大学異分野融合先端研 究 コア (
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.
1)石 尾両生類 は特殊 で､人間には まねで きない｡
2)進化の過程で高等脊椎動物 は失ったが､有尾
両生類では維持 されているO
よ進そ
る
有尾両生類 (イモ リ ･ウーパ ールーバ な ど)は高
い再生能力 を持 ち､その高 い再生能力 は長年研 究者
の研 究対象 となって きた｡有尾両生類 は手足 を欠損
して も失 った構造 をl
ui
復 で きるO再生能力 は手足 に
とどまらず ､脳､鯉 ､顎､脊椎 ､脊髄､尻尾､内臓
等多岐 にわたって確認 されてい る｡ この ような高い
再生能力は有尾両生類 だけの ものなのであ ろうか ?
なぜ 人は有尾両/
生類の ように再生で きないのか ?こ
の答 えには_
∴つの 叶能性 を上げることがで きるだろ
1の場合､人間が有尾両生類の ように再生で き
うになることは無 い だろう｡ しか し､ 2の場合､
化の過程 で 再生の機能が ｢眠 った｣のであれば､
れ をE
j党 め させ る こ とは不 可 能 で は ない だろ う｡
我 々は現在 までの研 究成果 か ら 2である可能性が高
い ことを兄いだ しているO では､有尾 両生類の 再生
機構 は どの ような ものであるのか を紹介 したい｡
ヒ トの四肢 を切 断 した と きの 再生反応 と比べ る
と､② の段階で大 きな差が既 に存在 してい る｡切断
後有尾向日:
.
類 は速やか にその切断面 を 上皮が覆 う事
がで きるo反対 に高等脊椎動物 は連やかな と皮の移
動 は起 こらないo Lか し､その L皮の移動能力の差
は既 に埋 め られることが研究 で判明 している (
共同
(
1
)
通常 の有尾 両生類 の 前肢｡組織 構成は人間の四肢 の
成分 とほ とん ど変 わ らない｡切片の組織像 も同 じ｡
(
2
)
切断 による切断面 を周囲の上皮が覆 う｡
-
･
:
. :
･
(
3
1切断面珊 瑚より未分化 な細胞が産生 される｡
この未分化 な細胞 は =
再生芽細胞" とよばれ､
切断面 よ り先端部 に形成 され る ｢
隆起｣ は
"
再卑芽日 と呼ばれる｡
(
4
)再生芽はl
J
_
q肢 の ｢
発生過程｣ を模倣 し､構造 を
再構成す る｡ ｢
発生過程｣ とは卵の中で起 こる
受精卵 か ら個 体形 成 までの 一連 の事 象の事 で
あるO
1
3
研 究 :近 日発表予定)｡有尾 両生類 では切 断面 の被
覆後 ､切断面 にある神経 束 と移動 して きた上皮が粕
互作用 し､上皮が A
E
Cと呼 ばれる構造 に特殊化 され
る｡ この特殊化 された上皮の成否が ､両生粕の再生
が起 こるか起 こらないか を決める と考 え られる (
参
考文献 1
) ｡両生類の再生が引 き起 こされ る場合は､
上記の ような ｢
再生反応｣が起 こる｡では､A
E
Cの誘
導が起 こらず､再生反応が誘導 され なかった場合は
どの ような反応が起 こるので あろ うか ? 私 た ちの
研 究室では､再生が起 こらなかった時の反応 に着 E
l
して研究 を行 った｡その結果 ､人間 と極めて近い ｢
修
復 反応が起 こる｣ ことを突 き止め た｡ この研究が な
され るまで､有尾両生頬 は ｢人 とは異 なった再生能
力 しか有 さない｡ したが って､再生 に失敗 した とき
は人 と同 じような修復 反応す ら起 こらない｣ とも考
え られて きた｡ しか し､私 た ちの研究 に よって ｢
有
尾 両生類 もヒ トと同 じ再生 (
組織修復 )能力 を有す
る｡ただ､A
E
Cがで きた ときには有尾両生類 に特徴的
な再生が誘導 されるだけ｣ とい う観点 を与 えること
がで きた｡ 人 と同 じ再生能力 を有尾 両生勤が維持 し
ていることを示す ことで､有尾両生類の再生研 究の
価値 を結果的 に高 めた と考えることが で きる｡
有尾 両生類は腕一本落 として も再生で きるが､た
った 2n
l
mの骨の欠損 は再生で きない とい う事実があ
る (
L
A2)｡ この事象 に焦点 を当てて私たちの研 究
グループは研 究 を行 った｡ この時 に A
E
Cの誘導 は起
こってお らず､ ひいては有尾両生類 に特徴 的な再生
も誘導 されていない ことは､分子 生物学的手法 によ
って明 らかになった (
参考文献 1)｡この分子生物学
的解析の詳細 を触 れることは避 けたい｡組織学的な
観察か らは高等脊椎動物 で骨折時 に起 こる ｢
軟骨 カ
ルス形成｣ と同様 の観察像 を得 ている (
図 3)｡ ヒ
トな どの高等脊椎動物 では骨折や上図の ような損傷
を骨 に与えた ときには､その損傷部 に軟骨性の カル
図
ス とい う構 造 が作 られ る こ とは周 知の事実 であ る
(
参考 2)｡この高等脊椎動物で報告 されているカル
スと､有尾両生類の骨損傷時の カル ス形成 を比較 し
た｡ カル ス軟骨 の形成 プロセ スや､細胞増殖等 を検
定 した ところ高等 脊椎動物 のカル ス形成 と相同の も
のである可能性が 強 く示唆 された｡ さらに､これが
高等脊椎 動 物 と同様 の軟 骨 カル スであ るの であれ
ば ､ 高 等 脊 椎 動 物 で 報 告 され て い る BMP(
b
one
mor
pl
l
Ogeni
cpr
ot
ei
n)に対 す る応答性 を示す はず で
あるO高等脊椎動物では BM
P の インプ ッ トによって
損傷部 に形成 され る軟骨 カル スの著 しい増大が観察
されている (
参考 3) .有尾両生類 で も同 じ作用 を
BM
P が呈す るのか どうか を検 証す るため に ヒ トリコ
ンビナ ン トB
MP2を骨の損傷部 に適用 した｡毛1
毛両生
類の軟骨性 カル スは高等脊椎動物 での反応 と同様 に
増大 した (
図 4)｡ この こ とか ら有尾両生類の骨の
損傷時 に起 こる反応 は ヒ トと同様 であることが示唆
される｡
先述 したが､私 たちの研 究 グループは A
ECの誘導
が有尾両生類特 異的 な再生の引 き金 になっているこ
とを見つけてい る (
参考文献 1
､4､5)｡上記の骨の
損傷の場合､通常 では A
E
Cは誘導 されない｡私たち
の研究成果が正 しければ骨の損傷部 に A
E
Cを人為的
に誘導 してやれば損傷部 に有尾両生類特 異的 な再生
反応 を促す ことがで きるはずである｡
A
E
Cとは上皮性
の構造で Sp9十,Fgf
8+,Br
dU-の細胞集団 と して認識
される (
参考 文献 6､7､図 5) ｡実際 には損傷部 を
被覆す る上皮の般下層 が A
E
C と して機能 している よ
うである｡ この 上皮性 の A
E
Cは通常では骨の損傷郡
に重積 的に働 き掛 けることはで きない｡なぜ な らば､
骨 と上皮の間 には非常 に厚 い筋 肉層 などが存在す る
ため､損傷部 と A
E
C との直接 的 な接触 が妨げ られる
か らである｡ したが って骨損傷部 と上皮 を隔てる筋
層 などの組織 を外科的 に取 り除いた後 に A
E
Cを誘導
す る試 み を行 った｡ その結果 ､修復 されなか った骨
の損傷が再生 している個体 を多 く認めることがで き
た (
図 6)｡ ヒ ト型の再生 (
修復)では骨の損傷
は再生で きない ことは上記 の とお りである｡ゆえに､
損傷部 に直接 的 に作用で きる A
E
Cの誘導 によって両
生類型 の再生反応が誘導 され､骨 の再生が促 された
可能性 が高い｡ この事 実 を確認す るため に分子生物
学的 なマー カー遺伝子 の党規 を調べ た ところ､有尾
両生類型の再生 に特異 的 な遺伝子の発現 を認め るこ
とがで きた (
参考文献 日 ｡ この こ とか らもヒ
ではない再生反応系が A
E
Cによって誘導 された と
2 有尾両生類 (ウ ーパー
ルーパー)は腕 丸ごと
は再 生で きる が た っ
た 2mm 程度 の骨の
損 傷は再 生できない
二
塾
忘
重
●
.
.
. ,:∴
き ヲ ㌻.
●
__
転
図 3 骨の損傷時に観察される力J
L
/
ス形成｡石は左四角内の拡大図｡
1
4
C ontro一
+BM P
た場 合､繊 維 芽細胞 は軟 骨 に分化 しない｡ ところが ､
この G
F
P 陽性 の繊 維 芽細胞 を A
E
Cの存在 下で骨 の損
傷 部 に移植 した場 合 には軟骨 へ の分化 を認 め る こ と
が で きた (
図 7)｡ これ らの研 究結 果 か ら 此Cの 誘
導 が 日高等 脊椎 動 物型 の再生 (
修復 )H と "有 尾 両
生類 型 の再生 " の分岐 点 に な ってい る事 が 強 く示 唆
され る｡本研 究室 で は現 在 ､AECに発現 す る遺 伝子 を
i
探 求 し､ さ ら に は 細 胞 に ｢脱 分 化 ｣ を促 す 凶 (
主nducers of虫 differenti
ati
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ors)
図 4 H&E に加えて AI
cl
an BI
ueによる組を
㌫染
≡)
BMP
色｡軟骨は青く染色されている｡(
の添加によって軟骨性のカルス形成が促進
されている｡(
看)
Cont
r
ol
｡
の特 定 に励 んで い る｡
AEC が二 つ の再生 の分 岐 点 になってい る とい う発見
は､高 等 脊椎 動物 にお いての 四肢 再生能力 を引 き出
す ヒン トに なるの で は ない だ ろ うか ?我 々高等 脊椎
動物 は切 断後 に AEC を再構 成 で きない｡ しか し､実
は胎 児期 には AEC に相当す る構造 を観察す る こ とが
R
-(
A
ER)と呼 ばれ る A
E
Cに相 当
で きる.外肱 巣性頂 t
す る構造 は､機能 的 に AEC とほほ 等 々であ る と現在
まで の ところ考 え らj
tてい る｡胎 児期 の ご く初期 の
四肢 発 生期 にお い て ､伸 長 して い る形態形 成 中の肢
芽 (
四肢 の ノ
いこな る構 造 ) の上皮 に観察 され る｡高
等 脊椎 動物 は四肢 発生過程 の肢 芽 で も切断す る とそ
の 失 った構造 を再生す る こ とがで きないが (
図 8) ､
E
Rを人為的 に切断面 に張 り付
肢 芽先端 に位 置す る A
ER
けてや る と失 った構 造 を回復 す る こ とがで きる｡A
と AEC が機 能的 に等価 な ものであ る とい う事 を鑑 み
れ ば ､有尾 両 生類 型 の再 生 芽高等 脊椎動物 で も引 き
起 こ しうる とい う事 を示 す 一例 なの で は ない だ ろ う
か?
図 5 AEC｡AEC は再生芽(
A)
の上皮に形成され
る｡ 旧､C)
再生芽の切片｡AEC は Sp9 遺
伝子発現によって視覚化することができる｡
(
D､E)
Br
dUのパターン｡Br
dU+の細胞(
緑)
は分裂している細胞｡青は DAPIによる核染
え るだ ろ う｡ ノ
白一
尾 両生類 型 の 再生 の偉大 の特徴 と し
て､ ｢
細胞 の脱 分化｣ が考 え られ て い る｡切 断前 は
コ ラ- ゲ ンを産生 してい る よ うな真 皮 の細 胞 が 再生
過程 で ｢
脱分化｣ し､未分化 な細胞 へ と変 貌 し､最
終 的 に軟骨 を含め た様 々な細 胞 集 団へ 変 わ る とい う
もの で あ る｡ この ｢
脱 分 化｣ が起 こ ってい るの か ど
うか を確 認 した｡細胞 の変化 を可視 的 に追跡す るた
G
F
P)を恒常 的 に発 現 して い る皮
め蛍 光 タ ンパ ク質 (
FP陽性 の皮膚
膚繊 維 芽細 胞 を実験 に用 い た｡ この G
毒
載維 芽細胞 を骨 の損傷部 に A
E
Cの誘導 な しで移植 し
二
ヽ
磨
轟
避
図 7 AEC の存在下では皮膚繊維芽細胞は多能性を持つ細
胞(
再生芽細胞)
に変貌できる｡(
A)
組托宅
染色像｡Ll
neS
は骨の損傷郡を示す.(
B-D)
赤色は軟骨｡緑は移植さ
囲6(
A､B)
Cont
r
ol
｡骨は再生してい
ない｡(
C､D)
AEC を誘導 した場
合｡骨は緯駕に再生される｡
れた繊維芽細胞｡音は核を示す｡ (
D)移植された繊維
芽細胞は AEC の存在下で軟骨に分化できるようにな
15
C
1
T
‥
?
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a
m
k
P
k
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3
㌦庵
AERgr
a
f
t
e
d
図8(
A)
通常のニワトリ前肢の骨格パターン｡ (
B)
切断部を切除された場合のニワトリ前肢骨格パタ
ーン｡ (
C)切断部に AERを張り付けた時には先端部側の構造が回復される｡
有尾両生類 と高等脊椎動物 の切 断後 に起 こる再 生反
応の大 きな違いは AEC/AER が再構 成 されるか どうか
ECの再構築 プロセ スについ
にある｡有尾両生類の A
ては私 たちの過去の研究 に よって明 らか にな りつつ
)｡このプロセ スを参考に して通常
ある (
参考文献 6
切断後 に A
ERの再形成が起 こらないニ ワ トリ肢芽で
AERの再誘導 を試みた｡詳細 については紙面の都 合上
割愛 させ ていただ くが､損傷後 AER を異所 的に誘導
す ることに成功 している (
図9
､参考文献 8
)0 E
i要
なことは､この AER の再誘導 も有尾 両生類 で得 た知
見の応用であるとい う事であ る｡つ ま りは､有尾 両
生類 で明 らか になった､ もしくは これか ら明 らかに
される知見は高等脊椎動物 に応用 で きる可能性が高
いこ とを示唆 しているのではないだろうか ?現在の
ところ私 たちの研 究 グループは高等脊椎動物 (
マウ
ス) を用いた四肢再生研 究 に も取 り組 んでいるO こ
れ らの研究成果 も有尾両生類 の四肢 古生研究の知見
が大 いに役立 っている｡今後 とも有尾両生姉 と高等
脊椎動物 との両者 において四肢再生研 究 を推進 して
ゆ きたい と考 える｡
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逮
図 9 AERを損傷後異所的に誘導することができる｡AER
の標識遺伝子の Fgf
8で異所的に誘導されたAERを
可視化している.
最後 に
｢人が両生規の ように再生で きるか も しれ ない｡｣
そんな事 を数年前 に言っていれば ｢そんな馬鹿 なこ
とがある ものか｣ と一一
笑 に付 される ことが多か った
だろ う｡ しか し､近年宥尾両生類 の再生能力は俄 か
に注 目を集めつつある｡米国 をは じめ と して欧州や
日本で も大型の研 究予算が投 じられ始め た｡先人達
が残 した知見が ようや く硯代 生物学 と融合 し､新 し
い境地へ と昇華 しようと している｡私たちの研 究 グ
ループは この絶好の機会 に恵 まれ､鋭意､精力的に
｡
｡
研 究活動 を行 っている
｢重箱の隅｣ではな く ｢
夢
のある研 究｣ を目指す とい う恩 人の言葉 を胸 に研 究
｢
夢 は抱 くものではな く､挑
活動 に勤 しんでい る
む もの｣そんなス タンスで今後 もいたい と切 に願 う｡
末筆 なが ら､御研 究会 には過 分 な場 を設けていただ
いた うえ､ この ような寄稿 の機 会 まで もうけていた
だ き感謝の言葉 もご ざい ませ ん｡今後の ます ますの
ご盛会 を心 よ り祈念いた します｡ また､国枝哲夫 ･
高橋純夫 ･竹 内栄先生 方には多大 なご尽力 を賜 りま
した ことに厚 く御礼 申 し上 げ ます｡ 当研究室の蒔苗
亜紀 ･平 田絢子研 究員 においては研 究の推進 に多 大
な貢献 を していただ き深 く御礼 申 し上 げます｡
参考文献
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