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2011年11月 2日 (水)

ES細胞から眼を作製

ES細胞から眼を作製
28 October 2011
RIKEN Research Highlights

詳細は、リンクを参照して下さい。

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 胚性幹細胞(ES細胞)は、成体の身体を
構成するあらゆる種類の細胞に分化できる
能力を持つことがよく知られている。

 しかしながら、ES細胞の分化が、複雑な
組織の形成中に協調して進む過程に関して
はよくわかっていない。

 例えば、極めて精密な器官である眼は、
特殊化した細胞が高度に組織化された
複数の層からなり、その発生は、外胚葉と
呼ばれる、ほぼ均一な胚組織から始まる。

 この過程では、まず袋状の「眼胞」が
形成され、その後、眼胞の先端部が
折り返されて陥入し、2層からなる「眼杯」
ができあがる。

 眼杯の内側表層は、感覚組織である
神経網膜となり、眼杯の外側表層は、
支持組織である網膜色素上皮となる。

 しかし、この過程が実際にどのように
進行するかについては不明な点が多く、
研究者の間でも意見が分かれている。

 約100年前、発生学に多大な功績を
残したドイツのハンス・シュペーマンは、
両生類の眼胞移植実験から、眼杯の陥入
は、外部からの力を必要とせず自律的に
起こると提唱した。

 しかし、その後さまざまな実験から、
網膜の陥入は、体表外胚葉が陥入して
できる水晶体などによって外部から
押されることで起こる可能性が示唆
された。

 これらの説には、決め手となる証拠が
なく、長年にわたって議論が続いてきた。

 今回、理研発生・再生科学総合研究
センター(兵庫県神戸市)の笹井芳樹
グループディレクター(GD)を
リーダーとする研究グループは、ES細胞
から人工網膜組織の三次元形成に世界で
初めて成功し、網膜の発生に関する新しい
重要な知見を得た1。

 この成果は、シュペーマンによって提案
された、陥入についての仮説を裏付ける
ことにもなった。


自律的な組織化

 研究グループは、独自に設計した方法で
マウスのES細胞を培養した。

 その方法は、笹井GDらが以前に開発
した、ES細胞を秩序だった大脳皮質
ニューロン層へと発生・分化させる
無血清凝集浮遊培養法(SFEBq法)に改良
を加えたものだ2。

 「網膜は、大脳皮質と同じように整然
とした層構造をもつ器官なので、幹細胞
から、出生後の網膜組織に近い重層構造を
より完全に発生させられるのではないか
と考えました」と笹井GDは振り返る。

 この方法でES細胞を一週間培養すると、
神経系組織の前駆構造である神経外胚葉
上皮細胞層で包まれた中空の球へと分化し、
続いて、網膜に特異的な遺伝子Raxを発現
する半球型の小胞を形成した。

 さらに数日経つと、小胞は内側へと
自発的に折り込まれて、自然の胚発生時に
観察される眼杯に極めてよく似た構造を
形成した(図1)。

 この新たに形成された2層の遺伝子発現
パターンは、生体の細胞層のものと変わら
なかった。

 このとき、水晶体形成の開始や他の
外胚葉からの影響が、この発生過程の
物理的な引き金となっていることを示す
証拠は認められなかった。

 つまり、試験管内で細胞が外部からの
物理的な駆動力なしにうまく分化して、
適切に層を形成し、構造化した
マウス網膜ができあがることを示され、
シュペーマンの陥入の仮説が正しかった
ことが証明された。

以下省略

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興味深いです。

以前紹介した
マウスのES細胞から網膜組織、
理研チームが世界初

2011年4月 8日
のことですね。

>過去にシュペーマンが網膜の自己組織化
>を予測していたとはいえ、これほど複雑
>な器官が外部からの誘導なしに形成可能
>だということは、研究グループにとって
>驚きであった。
>「今回の結果は、網膜となる運命の細胞
>が、内部プログラムに従って複雑な
>組織構造を形成する内在的な司令を
>すでに受けていることを意味しています」
>と笹井GDは言う。
この辺の仕組みが詳細に解明されてくれば
再生医療に多大な貢献ができそうです。
期待したい。

生命の神秘です。
どんな仕組みなんでしょう?

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