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脊椎動物個体発生の初期過程において、体の正中線に沿って存在する中軸組織は、後の形態形成にとって極めて重要な役割を担う。脊索及び中枢神経の前駆体である神経管が正中線に並び、その側方に将来の骨や筋肉を形成する体節中胚葉が位置する。これらの中軸組織及び沿軸組織は互いに作用しながらその後の複雑な形態形成を遂げていく。報告者は以前、このような正中線にみられる形態形成について、主に組織間相互作用のしくみに注目して研究を進め、その結果神経管とそれを覆う表皮との間に相互作用が存在することなどを見出してきた。本研究においてはこれらの研究をさらに発展させ、以下の成果を得た。
1.神経管から表皮に及ぼす作用の分子実態。
神経管から分泌されるシグナル分子BMP-4が表皮に働きかけ、その結果表皮におけるホメオボックス遺伝子Msx2の発現が誘導されることがわかった。このことは、本研究で新しく開発した、目的とする分子をあらかじめCOS細胞内に強制発現させ、次にこれらのCOS細胞をトリ胚内の神経管と体節の間に移植するという方法論を用いて明らかにされた。
2.腹側領域におけるBMP-4の役割。
上記のように神経管背側部において作用するBMP-4は、同時に体の腹側領域を形成する役割をも担っていることが明らかになった。BMP-4/COSを背側組織である体節内に移植すると、その部域が腹側組織である側板に変化した。これらのことは様々な分子マーカーを用いて明らかになった。またこれらの作用はBMP-4濃度依存的であった。
これらのことから、BMP-4は神経管の最背側部及び体の腹側部において形態形成をコントロールしている分子であることがわかった。脊索は神経管の腹側及びからだ全体としては背側正中線に位置するが、脊索が産生する因子とBMP-4が互いに拮抗しあって形態形成をコントロールする可能性が考えられる。
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