これまで説明してきたように、特定の体節で発現した調節タンパク質が、その体節固有の構造を支配する遺伝子を活性化するのである。ショウジョウバエでは、ホメオティック選択遺伝子は第3染色体上に2つある。complex)である。群とあるように、それぞれ複数の遺伝子が近い位置に並んでいる(連鎖、linkage)。体節に固有の構造を支配するので、この遺伝子の突然変異によって体の構造は大きく狂う。アンテナペディア遺伝子の突然変異によって、下の写真のように、触角の位置に肢が生えてくる。双胸遺伝子の突然変異によっては、胸部が二つできる。ショウジョウバエは双翅類というように普通は胸部第2節に1対の翅が生え、第3節には翅が変化した平均棍が生える。それがこの突然変異によって平均棍ではなく、ちゃんとした翅が生えた胸が二つになるのである。2)ホメオボックス関連するサイトとリンク(このページへ戻るときはブラウザーの戻るを選んでください)http://www.biosci.ki.se/groups/tbu/homeo.htmlこれらのいくつもの遺伝子が解析され、その塩基配列が分ってくるとおもしろいことが分った。それはいずれの遺伝子にも180塩基の非常に相同性の高い部分が含まれていたのである。この部分はホメオボックス(homeobox)と呼ばれた。180塩基だからアミノ酸だと60個に相当する。タンパク質のこの部分をホメオドメイン(homeodomain)と呼ぶ。次の図はアンテナペディアホメオドメインが、DNAと結合しているようすである。このように、ホメオドメインはDNAにはたらいて転写を調節するためのDNA結合部位(helix-turn-helix)だったのである。次にホメオボックスを含むいくつかの遺伝子がコードするタンパク質を示した。赤い部分がホメオドメイン配列である。Hox3はナメウジウオ(原索動物)、XenopusHOXA1はアフリカツメガエルから得られた遺伝子である。http://www.expasy.ch/cgi-bin/lists?hoxlist.txtよりSWISS-PROTへ跳び、作成した。TSDSSTAI上の配列から、ホメオドメイン部分だけを抜き出した比較したのが次の図である。赤いアミノ酸は一番上に示したAntpの配列と異なる場合を示している。ショウジョウバエからヒトまで共通した部分が存在することがわかるだろう。NRRMKQKKREさらに上の配列から、脊椎動物のHOXA1のホメオドメイン部分だけを抜き出した比較したのが次の図である。上のヒトのホメオドメインと異なるアミノ酸は緑で示してある。脊椎動物の中では、ホメオドメインがほとんど同じだということがわかる。NRRMKQKKREこのように、ホメオドメインを含むこれらのタンパク質は、DNAに結合して転写を調節する重要な分子であることが分った。現在では、ホメオティック遺伝子(あるいはホメオタンパク質)という言葉には、最初の相同異質形成(ホメオーシス)という意味は薄れ、ホメオボックスを含む遺伝子(あるいはホメオドメインを含むタンパク質)という意味合いが強くなっている。ショウジョウバエで見つかったこの配列は、上の例にあるように生物に共通した配列である。これは、ホメオボックスから得たcDNAをプローブとして、他の生物のゲノムをサザンブロット法で解析することにより明らかにされた。このように、ホメオティック遺伝子は、長い進化の歴史で保存されてきたDNAの領域であることから、重要な働きを持った部分であることが推測された。ショウジョウバエでも哺乳類でも、この遺伝子は発生の過程で身体の構成を順序立てる重要な働きをしていることが分かっている。脊椎動物の場合は、発生する細胞の運命は、これまで述べた昆虫の場合ほど初めから厳密に決まっていない。始原生殖細胞の場合は例外的に早い時期に決まるが、その他の細胞の場合は、他の細胞からの影響で決まってくる。したがって発生がある程度進んだ場合でも、例えば胚を半分にしても両方から完全な個体が発生する場合がある。これは細胞の運命をある程度、後になっても変更できるためである。このような卵を調節卵と呼ぶことはすでに述べた。それでは細胞の運命はどのように決まるのだろうか。有名なシュペーマンの二次胚の実験が示すように、他の細胞からの誘導(induction)の結果、細胞の運命は徐々に決まってくる。そこで重要になるのが、細胞間の位置関係である。嚢胚形成(gastrulation)が最初の細胞構築にとって重要であることがこれで理解できる。胞胚(blastula)になることで、卵細胞質の分配が行われ、胞胚の各細胞の運命がある程度決まる。これが嚢胚(gastrula)になり、二重になることで裏と表の関係ができる。裏側の細胞がすぐ上に来た表の細胞に働きかけて、その運命を決定する。脊椎動物でも、こうして誘導と決定の連鎖が進んで行くことになる。ここではニワトリをつかった肢の発生を、ごく簡単に見てみよう。肢には上に述べた軸がすべて必要だからである。ニワトリの前肢(後に翼となる)は次の図のような構造をしている。指は2本欠損している。下の方に載せてある、鳥類の初期発生の最後の図から少し発生が進んだ頃、身体の両側、心臓の位置よりかなり下の方と後端に近い部分に膨らみが現れてくる。)の一つによって誘導される。別な転写調節因子が間充織にはたらいて、前肢になるか後肢になるかの方向づけをおこなっている。ridge、外胚葉性頂堤)を形成する。activity、極性化活性帯)をつくる。この部分を別の個体の肢芽の前端に移植すると、真ん中から鏡像関係を持った指が生じ、この部位が肢芽の前後の極性を作っていることがわかる。hedgehog)という遺伝子からタンパク質ができている。これとは別(Wnt7a)という情報がもう一つの軸、背腹軸を作っている。これらの過程と平行してホメオボックス遺伝子が順番に発現して、肩甲骨から肢指までの骨を正しい順番に形成していく。これ以上は複雑になるのでここでは省略する。ページ先頭へ戻る5.おわりにむかって終わりは次の始まりである。この講義はこれで終わるが、次の道がさらに先へと伸びている。書いて、映画「オズの魔法使い」のドロシーと3人(?)の例を出したが、黄色い道は一直線にエメラルドシティーへつながっているのではない。途中悪い魔法使いの妨害もあるだろう。基本的には学ぶことは楽しいことだ。3学期になると、いよいよこれまでの学んできたことを基礎として、専門過程の学習が始まる。人間の病態を知るには、まず正常な形態、生理を学ぶ必要がある。そのために、どのように細胞が組織化され器官や器官系が作られているか、個体を取り囲む環境の情報をどのように受け取り処理しているか、細胞間の調整をどのような信号分子でどのように行っているか、外敵の攻撃から個体をどのように防衛しているか、などをさらに詳しく学習することになる。そのための基礎としてこれまで学習したことが役に立てば幸いである。なっているのかしら、という問題意識を常に持って、自分で調べてみるという気持ちを忘れずに、生命科学探求の道を進んで欲しい。器の中に割って中身を出したニワトリの卵を想像して欲しい。卵黄が多いので、細胞質は黄身の上にほんのわずかに白く見える部分に限られる。卵割はこの部分で進行する。卵割が進むと割球の数が増え、胚盤を形成する。この薄い胚盤が二層になり、さらに原条と言う切れ込みが前後にでき、ここから陥入が始まる。三胚葉ができた後は、大きな卵黄嚢がある以外は、カエルの発生と本質的には似ている。その後、胚体外に漿膜(chorion)、羊膜(amnion)、尿膜(allantois)ができ、羊膜は胚を包むようになり、以降胚は羊膜腔の中で発生が進む。下の図は胚を実際よりも模式的に大きく描いている。哺乳類では、体内で受精して子宮内膜へ着床し、母体内で発生が進む(胎生)ので、これまで述べてきた発生のようすとは少し異なった経過をたどる。排卵された卵が輸卵管を下る過程で、交尾によって膣内に送り込まれた精子が膣から子宮への入り口を突破して輸卵管へ入り、ここで卵と受精する。受精卵は卵割をしながら輸卵管を下っていく。8細胞期まではほぼ等割していき、各割球は球形でおたがいにゆるい結合をしているが、8細胞期の終わりに急激に割球の形が変わり、各割球がお互いに密接するようになる。この現象をコンパクションと呼んでいる。これは各割球の間にタイトジャンクションと接着タンパク質(E−カドヘリン)による接着ができるからである。この過程にはPKCが関与していると考えられている!次の卵割により16細胞期になったときに、内側になった割球と外側の割球に別れ、外側の割球はタイトジャンクションと接着タンパクで結合し、内側の細胞はギャップジャンクションで結合するようになる。32細胞期になると、外側の細胞は水を吸い込んで一層の細胞層になり、内側の細胞塊が上部にへばりついた形となる。mass)に分かれる。栄養芽層は後に胎盤の形成に参加し、内部細胞塊のみが胚として発生をすることになる。この時期は他の動物の胞胚に該当するが、胚盤胞(blastcyst)と呼び、この時期に着床する。子宮内に着床してできた円盤状の胚葉が、ちょうど鳥類の胚盤に該当すると考えればよい。ここに原条ができ、陥入がおこり、胚体外膜は胎盤を形成することになる。ヒトの発生をさらに調べたい人へ(このページへ戻るときはブラウザーの戻るを選んでください)http://embryo.soad.umich.edu/index.htmlこの章のpdfファイルをダウンロードするには、左のアイコンを右クリックしてください。ブロードバンド接続の場合で、ワードのファイルを望む人は、「W」のアイコンを右クリックしてください。ページ先頭へ戻る生命科学トップページへ戻る。