基礎生物学研究所(NIBB)は、細胞から細胞へ情報を伝達する分子(シグナル伝達因子)の1つである「JAK/ STATシグナル伝達因子」が組織内で分布する仕組みを明らかにしたと発表した。

同成果は、岡崎統合バイオセンター/基礎生物学研究所の林良樹 助教、小林悟教授らの研究グループと、ミネソタ大学の中藤博志 准教授、ケンタッキー大学のDougrass Harrison 准教授らによるもので、詳細は発生生物学専門誌「Development」に掲載された。

生物の組織は数百個～数千億個という多数の細胞が集まって構成されているが、組織中では各細胞が自身の位置を把握し、適切な役割を果たすために、細胞同士の情報伝達が重要な要素となっている。

シグナル伝達因子は、組織中で細胞から細胞へ情報を伝達することで、細胞の増殖や挙動などを制御することが知られており、中でも重要な働きの1つとして、組織内で細胞に位置情報を与える働きが挙げられる。この役割を持つシグナル伝達因子「モルフォゲン」は、それを作り出す細胞(起点)から分泌された後、その細胞を中心として、濃度の勾配をつくって組織中に分布。組織を形作るそれぞれの細胞は、このモルフォゲンの濃度によって起点からの自身の位置を認識し、位置に応じた役割を果たすこととなるが、そのためにはモルフォゲンの分布が組織内にて厳密に制御されている必要がある。

多くの生物が持つシグナル伝達因子の一種で、細胞の増殖や移動、免疫応答など多様な生命現象において中心的な役割を果たす「JAK/STATシグナル伝達因子」は、そうした働きに加えて、モルフォゲンとして機能すると考えられてきたが、その分布の様式や分布を制御する仕組みはこれまで不明のままであった。

ショウジョウバエの卵巣において、JAK/STATシグナル伝達因子は、卵巣の細胞に位置情報を伝えるモルフォゲンとして機能すると考えられており、研究グループでは今回、同卵巣においてJAK/STATシグナル伝達因子がモルフォゲンとして分布するのか、またシグナル伝達因子の分布を制御する因子は何であるのかの解析を行った。

具体的には、JAK/STATシグナル伝達因子の分布を観察したところ、同シグナル伝達因子は卵巣の中で、シグナル伝達因子を作り出す細胞の近くでは濃く、それから遠ざかるにつれて薄く、濃度の勾配をつくって分布することが確認された。このことはJAK/STATシグナル伝達因子が卵巣において、モルフォゲンとして働くという仮説を裏付けるものになるという。

次にJAK/STATシグナル伝達因子の分布を制御する仕組みの解明を、様々なシグナル伝達因子と細胞の外側で結合する性質を持つ糖タンパク質「グリピカン」の機能に着目して進めた。卵巣の細胞の一部でグリピカンの働きを阻害し、JAK/STATシグナル伝達因子の分布が影響をうけるかどうかを観察したところ、同シグナル伝達因子は、グリピカンの働きを阻害した細胞の外側でだけ消失するという結果となった。これは、グリピカンが細胞の外側でシグナル伝達因子を保つために必要であることを示すもので、これを確かめるために、さらに卵巣の細胞の一部にグリピカンを過剰に持たせ、シグナル伝達因子の分布が変化するかどうか調べた結果、シグナル伝達因子はグリピカンを過剰に持たせた細胞の外側でだけ濃く分布することが明らかとなった。

さらに、グリピカンとJAK/STATシグナル伝達因子が結合することができるかどうか調べたところ、グリピカンはシグナル伝達因子と結合することが明らかになり、これらにより、グリピカンは細胞の外側でJAK/STATシグナル伝達因子と結合することで、JAK/STATシグナル伝達因子の組織の中での分布を制御しているということが明らかにされた。

なお研究グループでは今回の成果について、組織内において幹細胞が適切に維持される仕組み、様々な組織の形態形成が正常におきる仕組み、またそのような仕組みが破綻した場合に生じる発癌のプロセスの理解など、様々な生命現象の理解に通じる基礎的な知見を供出するものであるとコメントしている。

モルフォゲンの濃度勾配と細胞の反応

グリピカンの模式図

グリピカンによるJAK/STATシグナル伝達因子の制御