節足動物は体軸に沿ってセグメントと呼ばれる空間的に反復する単位を持っています。これは、節足動物の進化においてしっかりと保存されている特徴です。この空間的反復の兆候は、胚における遺伝子発現のストライプとして観察できます。しかし、節足動物の胚ではどのようにして縞模様が生じるのでしょうか?
科学者たちはショウジョウバエキイロショウジョウバエから多くの知識を蓄積しました (よく研究されたモデル昆虫)、続いて他の節足動物種の研究。しかし、彼らは、研究で使用された種に応じて、上記の質問に対する多くのさまざまな答えがあることに気付きました.
1 つの複雑な要因は、遺伝子発現のストライプがパターン化されるフィールドの種固有の性質です。ショウジョウバエの初期胚の領域は合胞体であり、その中で数が増加するすべての核が細胞質を共有しています。合胞体領域では、空間的に反復するストライプが生成され、細胞膜を介したシグナル伝達は不要であり、その後、細胞が各核を囲むように形成されます。しかし、多くの節足動物種の初期胚は、別々の細胞で構成されており、細胞膜を介した縞模様のパターンを介した細胞間のコミュニケーションを必要とします。このタイプの胚は、昆虫以外ではより一般的であると考えられています。しかし、このような細胞ベースのフィールドで反復ストライプに至るプロセスを追跡できる優れたモデルの節足動物はありませんでした.
最近の研究では、一般的な家グモ Parasteatoda tepidariorum を使用して、この問題に突破口を提供しました。 .クモの胚は、発生の初期段階から細胞ベースのフィールドを持っています [1]。単一の卵嚢にある数百の卵を利用して、蛍光染色された兄弟胚の大規模なデータセットを収集して分析しました。これにより、空間的に周期的なストライプを生じさせる時間的に反復的なイベントを視覚化する、胚のフィールドでのストライプパターンの発達を再構築することができました。ストライプはハリネズミを表現 (うーん ) 遺伝子は、もともとショウジョウバエで同定され、その突然変異体の表現型、つまり幼虫の表皮のハリネズミのような歯状パターンにちなんで名付けられました。
アニメーションについては、次のムービーにアクセスしてください。ムービー 1:https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0012160617309089-mmc8.mp4ムービー 2:https://ars.els-cdn. com/content/image/1-s2.0-S0012160617309089-mmc9.mp4再構築されたパターン開発のハイライト機能は、hh の異なるダイナミクスです。 フィールドの領域に応じて式 (ムービー 1 を参照)。クモの胚の頭部に寄与する領域では、ストライプが波のように移動し、続いて分割が繰り返されます (ムービー 1 の上部領域を参照)。
結果の 3 つのストライプは、3 つの頭部セグメントに対応します。腹部に寄与するフィールド（正式にはオピストソーマと呼ばれる）では、hh の波 表情は連続的に生じて移動し、空間的に周期的なストライプに変換されます (ムービー 2 を参照)。細胞標識実験は、これらの波が細胞集団における遺伝子発現の規則的な振動として発生することを示唆しました。分割と振動は、単純な数学モデルのシミュレーションでしばしば生成される反復ダイナミクスの典型的なモードです。クモの胚の分裂と振動のサイクルは、およそ 5 時間かかると推定されました。
フィールドの末端領域とは対照的に、中央領域 (4 対の脚を持つ胸部に寄与する) は、早いタイミングで同時に出現する空間的に周期的なストライプを表示します (ムービー 1 の赤いストライプを参照)。これは、そこで第 3 のメカニズムが作動していることを示しています。要するに、この研究は、同様の周期的パターンが細胞の連続した場の異なるプロセスから生じることを示しており、ストライプ形成のメカニズムの多様性を探求するための新しいプラットフォームを提供しています.
追加の視点から、フィールドの全体的な形状が円盤状から帯状に変化します (動画 1 を参照)。この身体形成過程を実現するために、細胞は細胞分裂によって数を増やし、集団で移動し、時には隣接する細胞を変えます。フィールド内の個々の細胞は、変化する環境に対して柔軟な応答と反応を行い、その行動とストライプ形成イベントを調整する必要があると推測できます。したがって、クモの胚は、ショウジョウバエの胚を使用した研究では十分に達成されていない、細胞の挙動とパターン形成プロセスとの関係を研究するためのユニークな機会を提供することを提案します.
最後に、クモの胚では、Hh シグナル伝達経路の活性は、体節形成につながる細胞ベースのフィールドの全体的な極性を組織化するために必要です [2]。 「Hh」は、細胞から分泌される拡散性シグナル伝達タンパク質です。同じシグナル伝達経路を使用した細胞間通信は、四肢骨格パターンなどの脊椎動物組織で空間的に反復的なパターンを作成するために機能することが知られています。しかし、脊椎動物の組織領域は、クモの胚に比べて複雑な組織を持っています。クモの胚の幾何学的な単純さは、この動物を基礎研究に使用するための重要な魅力的な要素です。種 P.テピダリオラム 穏やかで実験室での繁殖が容易です。そのゲノムは配列決定されており [3]、この動物の価値は科学者の間でますます高く評価されています.
これらの調査結果は、ジャーナル Developmental Biology に最近掲載された記事「軸の形成と成長を行っている節足動物細胞ベースの分野におけるストライプ形成プロセスの多様性の定量的研究」で説明されています。 .この作業は、JT生命史研究館の逸見夏樹と小田浩樹、大阪医科大学の秋山小田康子、大阪大学の藤本浩一によって行われました。
参考文献:
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