トラップ発動でトラップ増産――心膜を薄くつくる省エネ戦略――研究成果

東京大学大学院総合文化研究科
東京大学大学院理学系研究科

発表者

山元 孝佳（東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 助教）
上林 勇太（東京大学 教養学部 統合自然科学科 4 年（研究当時））
大塚 祐太（東京大学 大学院理学系研究科 生物科学専攻 博士課程（研究当時））
道上 達男（東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 教授）
Stefan Hoppler（アバディーン大学 医科学研究所 教授）

発表のポイント

• Wnt（ウィント）と呼ばれるシグナル分子は、その濃度に応じてさまざまな臓器の形成を担う。本研究ではWnt の分布を狭い範囲に高濃度で留め、心膜を薄く形成する仕組みとして、Wnt 受容体に捕らえられたWnt 量に応じてWnt 受容体が増産されること（受容体フィードバック）を明らかにした。
• 生体を用いた実験と数理モデルの両方で調べた結果、受容体フィードバックはWnt の生産量のブレやからだの形成スピードの変化の影響を緩和して、心膜の厚さを一定に保つことが明らかになった。
• この発見は、試験管内で臓器を再現性良く作成する等の応用にも繋がる重要な知見である。

発表概要

東京大学の山元孝佳助教、上林勇太学部生（研究当時）、大塚祐太大学院生（研究当時）、道上達男教授は、英国アバディーン大学のStefan Hoppler 教授らとの共同研究により、アフリカツメガエル胚を用いて、薄い心膜が再現性良く形成される仕組みを解明しました。

心膜は水風船のように薄く、心嚢（しんのう）液と共に心臓を包むことで、心臓への衝撃を吸収しています。衝撃を柔軟に吸収するために心膜は薄いことが重要ですが、受精卵からのからだづくりの過程で、心膜がどのようにして薄く、そしてさまざまな変動要因の影響をあまり受けずに常にほぼ同じ薄さで形成されているかは分かっていませんでした。

心膜は拡散性のタンパク質のWnt6 が高濃度になると形成されます。Wnt6 は心膜の外側の特定の細胞で生産・分泌され、心臓領域で濃度勾配を形成します。本研究グループがWnt6 の受容体の量を制御する仕組みを調べたところ、心臓領域ではWnt6 量に応じてWnt6 の受容体が増産されること（受容体フィードバック）が明らかになりました。

このようにトラップ（受容体）でWnt6 を捕らえたときに、トラップを増やしてさらにWnt6を捕らえることで、Wnt6 の分布を狭い範囲に留めていることが分かりました。さらに、アフリカツメガエル胚や数理モデルを使って、この受容体フィードバックが生物にとってどういうメリットがあるのかを調べたところ、受容体フィードバックはWnt の生産量などが変化しても心膜の薄さを保ち、再現性の良い心膜形成を可能にしていることが明らかになりました。

なおWntを狭い範囲に留めておくだけであれば、最初から全細胞で大量に受容体を用意しても良いのですが、受容体フィードバックにより、必要に応じて必要な場所で受容体を作ることで、受容体作成にかかるエネルギーの節約、すなわち省エネを実現していると考えられます。

本研究成果は、2022年8月9日（英国夏時間）に国際科学誌「eLife」のオンライン版に掲載されました。

発表詳細は大学院総合文化研究科のページからご覧ください。