近藤滋先生
（名古屋大学大学院理学研究科生命理学専攻、理化学研究所 発生・再生科学総合研究センター）
オーガナイザー：並木俊樹 （東京大学大学院新領域創成科学研究科先端生命科学専攻D2）
動物園に行ったとき、シマウマやキリン、ヒョウの体のしましまや斑点が、どうやってできるのか、不思議に思ったことはないでしょうか。実は、この繰り返し模様のでき方の解明は、近年の発生学においてホットな分野のひとつなのです。
生物の発生段階において細胞が分化していく過程は、ガイド役の物質（モルフォゲンと呼ぶ）が生体内に位置情報を与えることで進んでいく、というのが有名なモデルです。つまりモルフォゲンが生体内で濃度勾配を作ると、各細胞はその濃度を目安にして自分の絶対位置や何に分化するべきかを知ります。そして自らは分化しつつ新たなモルフォゲンを分泌し、次々と濃度勾配を作る過程が繰り返されて発生が進行していく、というのが発生学の教科書によくある説明です。
さまざまなモデル生物でゲノム計画が終了し、各遺伝子がどの時期にどの組織で発現しているかが明らかになりつつある現在、一連の濃度勾配を形成するモルフォゲンや、その標的となる細胞、遺伝子が分かれば、生物の発生の解明も大きく前進することができると考えられてきました。
ところが、この一般的なモデルでうまく説明できない発生現象はまだ残っています。先に述べたシマウマやキリンの繰り返し模様は、従来の発生学ではうまく説明できない例のひとつでした。
この問題を解決するのに注目を浴びているのが、反応拡散波を使ったモデルです。これは細胞が分化を調節する物質をやり取りしているだけで自分の位置を自発的に認識し、その結果、繰り返し模様の形成にいたると考える不思議なモデルで、条件を少し変えるだけで、さまざまな形の模様についてもその成り立ちを説明することができる、優れたものです。
本ワークショップでは、反応拡散波モデルで生物の複雑な模様の形成がうまく説明できることや、今後のこのモデルの応用について、この分野の研究の第一人者でいらっしゃる近藤先生に紹介していただきたいと思っております。もとは数学や化学の考え方が土台になっているモデルですが、数学に関する知識はほとんど必要ありませんので、発生学に興味のある方は奮ってご参加ください。
■参考資料
近藤先生のホームページ http://www.cdb.riken.go.jp/pin/index_j.htm
細胞工学Vol.22 No.12 2003 1331-1336 (秀潤社)
動物の形作り~その最前線と新展開~ 193-201 (クバプロ)
| 講師要旨 【近藤滋】 名古屋大学大学院理学研究科生命理学専攻、理化学研究所 発生・再生科学総合研究センター 動物の発生を特徴付ける最も顕著な性質は、「空間的秩序が自発的に作られる」点である。これは熱力学の第二法則に反し、エントロピーが減少していくように見えるため、生物と無生物を隔てる壁があるよう錯覚を生む。しかし、生物とて分子の集まりであるからには、背後にはしっかり物理学の法則が成り立っているはずである。では、生物はどのようなトリックを使って、あたかも物理の法則に反するような現象を生み出しているのであろうか？そのトリックを暴くことが、発生学の究極の目標である。 分子生物学的手法とゲノム情報のおかげで、以前とは比較にならないくらいたくさんの発生現象に関する分子レベルの情報がもたらされた。研究で扱う動物種や現象は増え続けており、分子に関する情報量は今後も爆発的に増え続けるだろう。しかし、将来、全ての遺伝子の働きがわかったとして、そのときに我々は「発生を理解した」と感じることが出来るのだろうか？どうもそういう気はしない。現在でも、分子情報はあまりにも多すぎて、全てを把握している人は、ほとんど存在しないのである。何か発想の転換が必要に思える。 イギリスの数学者アラン・チューリングは、発生を「空間的秩序が自発的に作られる現象」ととらえ、それを可能にする化学反応系が存在しうることを数学的に証明した。いわゆる「反応拡散モデル」である。詳しい説明（http://www.cdb.riken.go.jp/pin/research/rdsoft.htmにシミュレーションソフトを載せた説明があります。）はほかに譲るが、簡単に言うと、化学反応と拡散がちょうど良く組み合わさると、「波ができる」と理解してもらってよい。チューリングの反応拡散波は発生現象を説明するのに非常に都合のよい性質をいくつか持っている。 我々の研究室の目的は、このチューリング仮説を実験的に証明することである。動物の皮膚模様のパターンは、多くの場合皮下の構造とは全く異なっており、また、怪我などにより模様が失われても再生する。つまり、「自発的パターン形成」「再生可能」という反応拡散波と共通する性質を持っている。さらに驚くべきことに、模様は固定しているわけでなく、チューリングのモデルからの予測にぴったりのやり方で変化していくのである。また、最近脊椎動物の体節などで、発現レベルが時間的に振動する遺伝子が発見されており、体節の等間隔パターンも反応拡散原理で出来ている可能性が高い。これらの系を用いて細胞・分子レベルの解析を行うことにより、動物の体における「波」存在を証明することができると期待している。 |
| 近藤滋先生 プロフィール |
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1）メールアドレス 2）研究室のwebページ 3）略歴 4）研究テーマと抱負 5）趣味
7) 研究者になるために必要なものは？
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