理研・東北大・学習院大、体づくりの左右非対称性を決める「力」の発見について発表

発表日:2023年01月12日

体づくりの左右非対称性を決める「力」の発見

−「左側を決めるシグナル」を活性化する細胞の「アンテナ」−

理化学研究所（理研）生命機能科学研究センター個体パターニング研究チームの濱田博司チームリーダー、加藤孝信基礎科学特別研究員、細胞極性統御研究チームの岡田康志チームリーダー、細胞場構造研究チームの岩根敦子チームリーダー、東北大学大学院工学研究科ファインメカニクス専攻の大森俊宏助教、同大学院医工学研究科医工学専攻の石川拓司教授、学習院大学理学部物理学科の西坂崇之教授らの共同研究グループは、哺乳類の発生過程の初期に体の左右の違いを決定するシグナルが、「機械的な力」によって制御されていることを明らかにしました。

これまで20年にわたり、体の左右対称性が破られる仕組みについて論争が続いていましたが、本研究成果は生物物理学的視点からそのメカニズムを解明した、教科書を書き換える画期的なものです。

ヒトやマウスの内臓は、心臓が体の左側にあるなど非対称に配置されています。この左右の非対称性は、胎児（胚）が成長する初期の段階で、胚の腹側にある「ノード[1]」と呼ばれるくぼみにおいて「左側を決めるシグナル[2]」が活性化されることにより決定されますが、そのメカニズムは長らく未解明でした。

今回、共同研究グループはマウス胚において、光ピンセット[3]や超解像顕微鏡[4]など独自の先進的な光学顕微鏡を用い、物理的解析を行うことで、この問題の解明に挑みました。その結果、（1）ノードで生じる左向きの体液の流れ（ノード流[5]）により、ノードの左側の不動繊毛[6]は腹側に曲げられ、右側の不動繊毛は背側に曲げられる、（2）不動繊毛は腹側への曲げのみに反応する「曲げられる向きを感知できるアンテナ」であることから、ノードの左側のみで左側を決めるシグナルが活性化する、つまり不動繊毛がノード流の力を感知して活性化されることを明らかにしました。

本研究は、科学雑誌『Science』オンライン版（1月6日付）に掲載されました。

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