自然：人間の脊椎の発達を調節するセクション時計を明らかにします

20年以上前、発生生物学者のオリビエプルキエの研究室は、ニワトリ胚の細胞時計を発見しました。

翌年、Pourquiéらはマウス細胞を使用して、実験皿でこのいわゆるセグメンテーションクロックの最初のモデルを構築し、多くの生物でこのセグメンテーションクロックのメカニズムをさらに明確にするために他の実験を実施しました。

これらの研究努力により、脊椎の正常な発達と異常な発達の理解が改善されましたが、これまで、そのようなセグメント化された時計が人間に存在するかどうかを確認することはできませんでした。

Pourquiéと彼の研究チームは、新しい研究で、数十年にわたる努力の後、実験用培養皿の成体組織由来の幹細胞を使用して、このような時計モデルの最初のバッチを構築したと報告しています。 この成果は、セグメント化された時計が人体でカチカチ音をたてる最初の証拠であるだけでなく、初期の人間の脊髄発達を研究する最初のin vitroモデルを科学者に提供しました。 関連する研究結果は、2020年1月8日にNature誌にオンラインで公開されました。論文のタイトルは「in vitro特徴付けof human segmentation clock」でした。

Pourquiéは、「受精後3週目から4週目に形成される人体のサルコメアの発達についてはほとんど何も知りません。現時点では、ほとんどの女性は妊娠していることを知りません。セクション時計の基本的なルールを研究するための強力なシステムである。」

「私たちの革新的な実験モデルにより、マウスと人間の発達を並べて比較できるようになりました。人間の発達の独自性を明らかにすることができてうれしく思います」と同論文の第一著者であり大学院生であるMargarete Diaz-Cuadrosは述べたプルキエの研究所。

これらの幹細胞モデルは、先天性脊柱側osis症や近軸中胚葉由来の組織に関連する疾患などの脊髄発達状態を理解するための扉を開きます。 これらの組織には、体全体の骨格筋と褐色脂肪だけでなく、体幹と背中の骨、皮膚、血管の内壁が含まれます。

Pourquiéは、科学者がこれらの新しい幹細胞モデルを使用して、筋ジストロフィーの骨格筋細胞や2型糖尿病の褐色脂肪細胞など、研究および臨床診療用の分化組織細胞を生成できることを期待しています。

科学者は成体細胞を人工多能性幹細胞（iPS細胞）に再プログラミングし、特定の発達経路に沿って複数の組織を生成するように誘導しましたが、筋骨格組織は扱いにくいことが判明しました。 しかし、Pourquiéらは、最終的に、得られたiPS細胞を標準的な増殖培地に浸したとき、2種類の化合物を加えるだけで筋骨格組織の形成が促進されることを発見しました。

「近軸中胚葉由来の組織を約90％の効率で製造できます。これは非常に良いスタートです」とPourquié氏は述べています。

Pourquiéチームは、胚性幹細胞を使用して同様のモデルを構築しました。

Pourquiéチームは、マウスとヒトの細胞培養皿では、このセクション時計が刻々と動き始め、これらの細胞を最初に人体に近い3次元の足場に配置する必要がないことを知って驚いた。

「2次元モデルで動作するのは驚くべきことです。理想的なモデルです」とPourqui氏は言います。

Pourquiéチームは、このセグメント化された時計が、ヒト細胞では5時間ごと、マウス細胞では2.5時間ごとに刻むことを発見しました。 彼らは、この頻度の違いは、マウスとヒトの妊娠時間の違いと一致すると述べた。

Pourquieの次のプロジェクトの1つは、このセグメント化された時計の可変レートを制御するものを研究することであり、より野心的なものは、異なる種の胚発生時間を調節するものです。 「対処する必要がある非常に興味深い問題がたくさんあります」と彼は言いました。