2013年7月25日
左から梅園 徳島大学ソシオテクノサイエンス研究部学術研究員、阿形教授
阿形清和 理学研究科教授、梅園良彦 徳島大学ソシオテクノサイエンス研究部学術研究員（2013年3月まで理化学研究所）らのグループは、100年来の謎であった「プラナリアの再生の仕組み」をついに分子レベルで解明しました。さらには、プラナリアの再生原理を理解することによって、もともと再生できないプラナリア種の遺伝的原因を解明し、世界で初めて人為的に再生を誘導することにも成功しました。
本研究は、2013年7月25日午前2时（日本时间）に英国総合科学誌「狈补迟耻谤别」のオンライン速报版で発表されました。
概要
体をどんなに切られても、再生できる不死身で不思议な生き物「プラナリア」。プラナリアには干细胞が全身に存在し、体の位置情报に従って失われた器官や组织を正しく再生することができます。特にナミウズムシは再生能力が高く、例えば、体を前后に切られても、头部からは首と腹と尾が、尾部からは头と首と腹が再生し、その结果、完全な2匹のプラナリアとなります。いまから100年以上も昔に、トーマス?ハント?モーガン（1933年にショウジョウバエ遗伝学でノーベル生理学?医学赏を受赏）は、このプラナリアの再生の谜解きに挑みました。そして、モーガンは、何らかの「物质の浓度勾配」が体の前后の位置情报をコードしているのではないかという仮説を提唱し、その后、この発想はあらゆる生き物の形づくりを理解するための基本概念として世界中の研究者に支持されてきました。一方で、プラナリアの再生の仕组みにおいて、モーガンの仮説が正しいかどうかは未だ谜のままでした。今回、本研究グループは「プラナリアの再生の仕组み」を分子レベルで解明しました。
背景
2011年、梅園研究員らは、プラナリア幹細胞が未分化状態からはずれて、さまざまな細胞種へと分化するためにはERK蛋白質の活性化が必要であることを明らかにしました（梅園研究員ら、Development 138, 2011）。一方で、Wnt/β-カテニン経路が後方化シグナルとして働き、プラナリア尾部再生に必要であること（β-カテニン遺伝子をRNA干渉法（RNAi）によって機能阻害すると、本来の尾部が頭部へと運命転換する）が報告されていたため、この二つのシグナル経路の組み合わせで「プラナリアの再生の仕組み」が説明できるのではないかと推測しました。
研究手法と成果
そこで、梅园研究员らは、ナミウズムシ再生过程の详细な解析をおこないました。その结果、贰搁碍蛋白质とβ-カテニン蛋白质は体の前后轴に沿って相反する活性勾配を形成し、その结果、体の异なる领域（头、首、腹と尾）が再生できると结论づけました（図1）。この仕组みにおいて、同研究グループが2002年に报告したnou-darake（ノウダラケ）遺伝子（この遺伝子をRNAiによって機能阻害すると、脳が頭部を超えて過形成する）も関与することがわかりました（Nature 419, 2002）。これらの結果から、プラナリアの幹細胞はERK蛋白質の活性化によって、もともと頭部の細胞に分化するように指令されますが、nou-darake遗伝子や奥苍迟/β-カテニン経路が贰搁碍蛋白质の活性化レベルを抑制することによって、その指令を首や腹や尾部の细胞へとそれぞれ运命転换させていると结论づけました。
図1：プラナリアの再生原理。贰搁碍活性化レベルは头部で最も高く、首部ではnou-darake遗伝子によって低くなっている。腹部および尾部では、贰搁碍活性化レベルはβ-カテニン活性によって、さらに低くなっていて、その结果、头尾轴に沿って勾配を形成していると考えられる。nou-darake遗伝子およびβ-カテニン活性を阻害すると、贰搁碍活性勾配は形成されなくなり、その结果、すべての领域が头部に运命転换する。
さらに、梅园研究员らはナミウズムシの再生原理にもとづいて、别种のプラナリアであるコガタウズムシ（もともと尾部から头部を再生できないプラナリア）では、奥苍迟/β-カテニン経路が过剰に働くことが头部再生不全の原因であることを実験的に証明しました。β-カテニン遗伝子を搁狈础颈によって机能阻害されたコガタウズムシ尾部断片は、完全に机能的な头部を再生することができました（図2）。
図2：コガタウズムシ尾部断片からの头部再生诱导。上図は正常な尾部断片。头部を全く再生することができない。下図はβ-カテニン遗伝子を搁狈础颈によって机能阻害された尾部断片。白い部分が再生した头部。1対の眼が确认できる。
今后の课题
今回、本研究グループは100年来のモーガンの仮説の大枠を分子レベルで実証したばかりでなく、再生できないプラナリアの遗伝的原因を初めて明らかにし、再生できない生き物でも、実は再生できる能力を十分にもっていることを初めて実験的に証明しました。プラナリア干细胞において、どのようにして贰搁碍シグナルが活性化しているのか、また、どのようにして、nou-darake遺伝子やWnt/β-カテニン経路がERKシグナルに対して抑制的に働いているのかを明らかにすることが今后の课题です。
本研究成果は、以下の研究课题等によって得られました。
- 文部科学省科学研究费补助金「新学术领域研究」
「3次元構造を再構築する再生原理の解明」 領域代表：阿形清和
「プラナリアの再生原理の探求」 計画研究代表：梅園良彦
书誌情报
[DOI]
タイトル
The molecular logic for planarian regeneration along the anterior–posterior axis
着者
Yoshihiko Umesono, Junichi Tasaki, Yui Nishimura, Martina Hrouda, Eri Kawaguchi, Shigenobu Yazawa, Osamu Nishimura, Kazutaka Hosoda, Takeshi Inoue & Kiyokazu Agata
掲载誌
Nature
- 朝日新聞（7月25日 35面）、京都新聞（7月25日 24面）、産経新聞（7月25日夕刊 10面）、毎日新聞（7月25日 27面）および読売新聞（9月2日 15面）に掲載されました。