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Research News

心筋を平滑筋へと変化させる遺伝子の発見

魚の心臓進化が教えてくれること

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分子細胞生物学研究所
2016/02/05

© 2016 守山 裕大原始的な脊椎動物(ここでは例として古代魚を示す)から真骨魚類に至る系統で全ゲノムに重複が生じ、elastin遺伝子が2つに重複した。さらに遺伝子の塩基配列が進化の過程で変化し、elastin bが動脈球を形成する機能を新たに獲得した。

本研究によって明らかとなった魚類心臓の進化メカニズム
原始的な脊椎動物(ここでは例として古代魚を示す)から真骨魚類に至る系統で全ゲノムに重複が生じ、elastin遺伝子が2つに重複した。さらに遺伝子の塩基配列が進化の過程で変化し、elastin bが動脈球を形成する機能を新たに獲得した。
© 2016 守山 裕大

東京大学分子細胞生物学研究所の守山裕大博士と小柴和子講師らの研究グループは、魚類の進化の過程で獲得されたelastin bと呼ばれる新しい遺伝子が心筋を平滑筋へと変化させる働きをもつことを発見しました。これによって魚類は心臓を特殊化させ、水中環境に適応するように進化した可能性があります。

心臓は胚発生の最も初期から機能し、拍動することによって血液を循環させるという、まさに生命そのものと言える重要な器官です。そのため、生息する環境に適応する過程で生物は心臓の形態を進化させています。脊椎動物において最も繁栄を遂げた種である真骨魚類では、心臓の一部である心臓流出路と呼ばれる部位を心筋から平滑筋へと変化させることによって、血液循環を洗練させ、水中環境に適応するように進化していることが知られています。この真骨魚類に見られる流出路は“動脈球”と呼ばれ、真骨魚類の進化において獲得された非常に重要な器官であると考えられています。しかし、真骨魚類がどのようにして心臓流出路を心筋から平滑筋へと変化させ、動脈球を獲得したかは長い間不明でした。

今回、研究グループはelastin bという遺伝子が真骨魚類の進化の過程で獲得され、elastin bの働きにより心臓流出路の細胞が心筋から平滑筋へと運命転換し、動脈球が形成されることを明らかにしました。elastin bは細胞間の隙間に存在する細胞外マトリックスをコードする遺伝子です。この結果は、細胞外の環境変化によって新たな器官が進化したという、これまでには知られていなかった世界初の例です。

「今回の成果は、“生物はどのように進化の過程で新しい器官を獲得したか”という生物学の根源的な問いに新たな理解を提供するものだと考えています」と守山博士は説明します。「同時に、細胞運命をいかに人為的に変化させるかという医療への応用についても新たな知見になると期待しています」と続けます。

プレスリリース

論文情報

Yuuta Moriyama, Fumihiro Ito, Hiroyuki Takeda, Tohru Yano, Masataka Okabe, Shigehiro Kuraku, Fred W. Keeley & Kazuko Koshiba-Takeuchi, "Evolution of the fish heart by sub/neofunctionalization of an elastin gene", Nature Communications Online Edition: 2016/1/19 (Japan time), doi:10.1038/ncomms10397.
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