四肢の発生における位置価の決定にかかわる因子についての研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06270220
• 研究機関: 川崎医科大学
• 研究代表者: 濃野 勉 川崎医科大学, 医学部, 助手 (20098619)
• 研究分担者: 川上 泰彦 川崎医科大学, 医学部, 助手 (10234030)
• キーワード: パターン形成 / 肢芽 / 線維芽細胞増殖因子(FGF) / FGF-4 / FGF-8(AIGF) / Sonic hedgehog / 骨形成因子(BMP) / BMPレセプター

研究概要

細胞間の相互作用にかかわるシグナル分子が四肢のパターン形成における位置価の決定にどのように関係しているかを理解するために、作業仮説としてFGF→Shh→BMPの経路を想定し、これらの相互関係を調べた。
1.FGFファミリー:レトロウィルスベクター(SNIZ)を用いてFGF-4遺伝子を異所的に発現すると、ホメオボックス遺伝子Msx1の発現が誘導され、過剰肢が形成されることを確認した。FGF-8も肢芽のAERで局所的に発現している。しかし、FGF-8の発現パターンはFGF-4の場合と完全に一致していないので、それぞれ異なる機能を持つと考えられる。
2.Shhの役割:Shhは肢芽に重複肢を誘導する活性のある領域、例えばマウスの歯芽、ニワトリの羽芽などでも発現している。初期の羽芽では先端部の外皮で発現し、羽芽の伸展にともなって基部側へ向けて9〜11本の帯状の発現が羽枝皺の境界部で見られる。羽芽ではFGF-4、BMP-2も同時に発現していることから、パターン形成には一般にFGF→Shh→BMPの相互作用が関係していると推定される。
3.TGF-βスーパーファミリー:BMP-2はAERおよびZPAの領域で発現し、Shhの発現領域に一部重なっているが、BMP-2の肢芽前部への単独適用では重複肢は誘導されない。BMPの軟骨パターン形成における役割を理解するために、BMPレセプター遺伝子のクローニングを行った。現在までに、タイプIレセプターを2種類(BRK-1とBRK-2)、タイプIIレセプターを1種類(BRK-3)同定した。BRK-3は脊椎動物で最初に同定された高親和性のタイプIIレセプターであり、これはBRK-1よりもBRK-2との相互作用が顕著で、^<125>I-BMP-4を用いたアフィニティラベルによってBRK-2とBRK-3がヘテロダイマーを形成することを確認した。これらのBMPレセプターのうち、BRK-1は中枢神経系で、BRK-2は肢芽中心部の凝集した間充織および軟骨膜で局所的に発現している。BRK-3のニワトリ胚での発現は弱い。したがって、軟骨分化にはBRK-2/BRK-3のヘテロダイマーがBMPのレセプター系として機能していると考えられる。
一方、TGF-β1のタイプIレセプターは肢芽のAER直下の間充織で一過性に発現しているが、それは前肢(翼)よりも後肢(脚)で強く発現し、後肢と前肢の形態の違いにTGF-β1が関係している可能性が示唆された。

研究成果

• [文献書誌] Nohno,Tsutomu,et al.: "Involvement of growth factors and their receptor in morphogenesis of the chick limb" Gann Monograph on Cancer Research. 42. 79-90 (1994)
• [文献書誌] Ohuchi,Hideyo,et al.: "Expression patterns of two fibroblast growth factor receptor genes during early chick eye development" Experimental Eye Research. 58. 649-658 (1994)
• [文献書誌] Yoshioka,Hidefumi,et al.: "Regional expression of the Cwnt-4 gene in developing chick central nervous system in relationship to the diencephalic neuromere D2 and a dorsal domain of the spinal cord" Biochemical and Biophysical Research Communications. 203. 1581-1588 (1994)
• [文献書誌] Ohuchi,Hideyo,et al.: "Involvement of androgen-induced growth factor (FGF-8) gene in mouse embryogenesis and morphogenesis" Biochemical and Biophysical Research Communications. 204. 882-888 (1994)
• [文献書誌] 野地澄晴,他: "形態形成遺伝子の進化:形態進化の分子的基盤を求めて" 蛋白質 核酸 酵素. 39. 2540-2553 (1994)
• [文献書誌] Myokai,Fumio,et al.: "Expression of the hepatocyte growth factor gene during chick limb development" Developmental Dynamics. 202. 80-90 (1995)
• [文献書誌] Nohno,Tsutomu,et al.: "Involvement of the Sonic hedgehog gene in chick feather formation" Biochemical and Biophysical Research Communications. 206. 33-39 (1995)
• [文献書誌] Tanda,Nobuya,et al.: "Cloning and characterization of Wnt-4 and Wnt-11 cDNA from chick embryo" DNA Sequence-Journal of DNA Sequencing and Mapping. (in press). (1995)
• [文献書誌] 濃野 勉,他: "脊椎動物のパターン形成とヘッジホッグ遺伝子" 実験医学. 13. 337-343 (1995)