Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

アフリカツメガエル / 再生 / FGF10 / インターロイキン11 / IL11受容体 / 器官再生 / 未分化増殖細胞 / 器官再生能 / 増殖細胞 / 成体

アフリカツメガエル幼生の肢再生能は発生ステージの進行に伴って低下する。早いステージ（st52以前）で肢芽を切断した場合は関節や全ての指の構造が形成されるが、遅いステージ（st58以降）で肢を切断した場合には関節や指を欠き、主に軟骨から成る「スパイク」が形成されるに留まる。本研究課題は発生進行に伴う再生能喪失の要因と、再生能の人為的賦活化の方策の探索を目的とし、今年度は以下の実験を実施した。（1）発生ステージ56付近の幼生肢を切断すると、一部の指を欠く限定的な再生能が見られるが、FGF10投与はその再生能を改善することが知られている。そこで肢芽切断後FGF10投与群・非投与群における再生芽のsingle cell RNA seq解析を行い、肢再生能と相関する遺伝子や細胞種を探索した。その結果、FGF10投与により、再生芽上皮（Apical Epidermal Cap; AEC）や軟骨芽細胞の遺伝子発現プロファイルが大きく変化することが分かった。以前からAECは肢芽再生に必要であること、スパイクでは軟骨細胞が増殖することが知られており、今回の知見は、その分子機構に迫る基礎データになると考えられる。さらにFGF10投与は、特定の白血球分画や線維芽細胞分画の発現遺伝子プロファイルにも影響することが分かった。これらの細胞種は、肢再生に関わる新たな細胞種の候補と考えられる。（2)ツメガエル幼生は高い尾再生能を持つ。幼生肢と尾の再生の分子機構を比較するに当たり、当研究室で以前に同定された、幼生尾再生時に未分化細胞誘導に働くインターロイキン11（Il11）の幼生尾における作用機序の解析を行い、Il11とIl11受容体α鎖との結合、Il11受容体α鎖遺伝子が尾再生に必要であること、Il11受容体を介したシグナルが細胞非自律的に未分化細胞誘導を起こすことを見出した（鈴木ら、Sci.Rep.）。

再生 / アフリカツメガエル / interleukin-11

申請者らは、アフリカツメガエル(Xenopus laevis)幼生尾再生において、尾再生時に発現するインターロイキン11（il11）に筋肉・脊索・神経の未分化細胞を誘導する機能があることを見出していた。再生時における複数組織の未分化細胞の誘導がたった一因子に因ることを示す結果であり、これより「各組織の組織幹細胞には組織の別を問わない共通の活性化機構がある」という仮説を立て、現在検証を行っている。今年度は、(1) 尾再生時においてil11ノックダウンにより発現低下する遺伝子群より同定された因子X25789（仮称）について、X25789ノックダウン時の幼生尾遺伝子発現プロファイルをRNA-sequencingにより解析し、X25789の下流で尾再生に必須な機能を担う可能性のある遺伝子を複数同定した。(2)ツメガエルにおいてil11受容体とアノテーションされていた遺伝子（il11ra.L）が実際にIL11を受容すること、il11ra.Lノックダウン個体は尾再生が阻害されること、一方でIL11により誘導される未分化細胞においてil11ra.L発現は必要でなく、IL11を受容し未分化細胞誘導を担う細胞種の存在が示唆されたことを報告した。(3) il11の下流で機能していると考えられる遺伝子Relaxin family locus B.Sについて、このノックダウン個体は尾再生時の形態形成に異常を示すことを見出した。(4) 組織幹細胞の濃縮法として知られるSide population法がツメガエル幼生尾再生芽中の組織幹細胞の濃縮にも有効であることを見出した。(5) 再生能を規定する免疫応答について、尾再生に対し阻害的に作用する白血球2種とこれらを接続するケモカイン・ケモカイン受容体の組み合わせを同定した。

再生 / アフリカツメガエル / interleukin-11 / 器官再生

アフリカツメガエル幼生は尾の高い再生能を示す。幼生尾再生は各組織中に存在する組織幹細胞より未分化細胞が誘導され各々の組織を再構築することで起こるとされる。本研究では、(1)尾再生においてinterleukin-11が複数組織の未分化細胞の誘導・維持に必要十分であることを示した。 (2)尾切断時のIL-11シグナリングの下流に位置する遺伝子のうちの一つについて、機能阻害時に尾再生が阻害されることを見出した。この因子がIL-11シグナリングの担う未分化細胞の誘導・維持という機能に関わる実働因子ではないかと考えている。

本研究では、アフリカツメガエル幼生尾再生において、尾切断後に発現するインターロイキン11が尾再生の源となる複数組織の未分化細胞の誘導・維持に必要十分であることを明らかにした。複数種の未分化細胞の誘導・維持を単一の因子が担うことを示すもので、未分化細胞の誘導・維持の機構が各組織で共通であることを意味するものと考えている。

アフリカツメガエル / 器官再生 / 未分化増殖細胞 / インターロイキン-11 / ゲノム編集 / PhyH-like / Phyhd1 / T細胞活性化 / 再生芽 / 増殖細胞 / Interleukin 11 / 脊索 / pentraxin / 再生 / 免疫細胞 / 非自己 / Interleukin / T細胞 / 自己免疫応答 / interleukin-11 / keratin-18

ツメガエル幼生は、不応期では、未熟な白血球が再生芽増殖細胞を「非自己」として攻撃するため尾再生が起きないと考えられている。本研究では、再生芽増殖細胞特異的に発現するinterleukin-11 (il-11)や、増殖細胞を攻撃する白血球のマーカーであるXPhyH-likeの機能解析を通じて、尾再生の分子機構解明を目指した。
その結果、IL-11は尾再生に必要であり、単独で多彩な組織に由来する未分化細胞の誘導・維持に働くことが示唆された。また、XPhyH-likeマウスホモログは白血球活性化に伴い発現上昇することから、カエルでも同様に、白血球を介した尾再生能の阻害に関わる可能性が考えられた。

【研究協力者】
白髭克彦	東京大学	分子細胞生物学研究所	教授	(Kakenデータベース)
加藤由紀	東京大学	分子細胞生物学研究所	助教	(Kakenデータベース)