廣島大學研究生院統合生命科學研究科附屬臨海實驗所的田川訓史所長等人與沖繩科學技術大學院大學的佐藤矩行教授和夏威夷大學的湯姆·亨弗里斯教授組成的研究團隊宣佈，透過共同研究發現，半索動物「腸鰓類」的頭部再生與在脊椎動物哺乳動物中發現的重程式設計因子有關。研究證明，與重程式設計因子高度相似的因子在再生程序中細胞分裂顯著的區域表達。該成果有望爲再生醫療做出貢獻。相關内容已經發布在國際科學期刊《Frontiers in Ecology and Evolution》2月15日號上。
圖1：表示腸鰓類再生程序的圖。A爲腸鰓類的正常個體；B爲剛剛切斷後；C爲切斷1天后，傷口開始閉合；D爲切斷3天后，傷口閉合，可以看到箭頭處形成了小的再生芽；E爲切斷5天后，再生芽快速增殖；F爲切斷7天后，再生芽變成吻部（長箭頭）和頸部（短箭頭）；G爲切斷11天后，吻部和頸部再生爲與切斷前相同的大小。與原來的身體顏色相比，再生部分色料較淡，顯得比較透明。
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「腸鰓類」在海里的泥沙中穴居，是類似蚯蚓的無脊椎動物，屬於半索動物門，與脊索動物門的人類等脊椎動物關係非常密切，同屬於後口動物，在發育模式和基因方面有很多相似之處。腸鰓類廣泛分佈於從印度洋到包括日本在内的太平洋的珊瑚礁地區，隱藏在淺沙中，因此比較容易採集。其外觀與蚯蚓相似，由頭部的吻部（前驅物）和頸部（中體）以及長長的軀幹（後體）組成，顏色爲黃綠色。腸鰓類爲雌雄異體，可以透過性腺的顏色區分。即使被切斷或切成小段，也能從切面處再生，約2周就可以再生爲一個完整的個體。剛剛再生出來的部分發白，顏色會逐漸變深。
另一方面，關於其再生機制是像渦蟲那樣基於始終存在的全能幹細胞，還是像脊椎動物那樣基於再生能力有限的重程式設計因子等，一直不清楚詳細的分子生物學機制。
研究團隊首先利用在沖繩縣備瀨周邊採集的「黃殖翼柱頭蟲」驗證了是否與全能幹細胞有關。具體來說，將頸部以下的部分切斷，觀察了後體再生出頭部的程序。利用BrdU和EdU試劑調查細胞增殖，在腸上皮觀察到明顯的細胞分裂，之後在切面也逐漸觀察到細胞分裂。而在全能幹細胞參與再生的動物中，全身始終都能觀察到活躍的細胞分裂。因此推斷，「腸鰓類」的再生依賴全能幹細胞的可能性比較低。
接下來研究團隊驗證了重程式設計因子參與再生的可能性。脊椎動物重程式設計的關鍵在於Oct4基因的重新激活，研究發現Sox2等多種因子與此有關。
另一方面，Oct4等因子（Oct4、Sox2、Llf4、Nanog）只存在於脊椎動物中，因此透過基因體序列等探索了來自共同演化祖先的同源性基因。確定了與最相似的重程式設計因子相對應的相似基因。
此外，透過原位雜交法分析表達情況發現，這些因子在再生程序中細胞顯著增殖的區域表達。
研究團隊將Oct4的同源性基因——「腸鰓類」的因子Pf-Pou3導入小鼠ES細胞系，調查了小鼠細胞中能否維持多能性指標基因的表達，應答可以維持。
由此應答，「腸鰓類」和脊椎動物的重程式設計機制存在共性，闡明這些機制有望爲再生醫療做貢獻。
田川所長表示：「在人體中，重程式設計因子可以形成iPS細胞，但未被用於活體內的再生。今後如果能透過研究明確‘腸鰓類’是如何激活程式設計因子的，就有望瞭解脊椎動物的再生能力有限的終極因數。」
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
