高校で生物を学んだ方は、細胞分裂について学んだことでしょう。これはすべての生命体にとって重要なプロセスで、正式には有糸分裂と呼ばれます。100年以上もの間、生徒たちは有糸分裂において、親細胞が球形になり、その後、同じ大きさと形の2つの娘細胞に分裂することを学んできました。しかし、新たな研究は、生物学の教科書の多くを書き換えるかもしれません。
研究者らは、有糸分裂は必ずしも細胞が丸くなる（親細胞が球形になる）わけではないことを明らかにした。つまり、結果として生じる娘細胞は必ずしも対称的ではなく、同じ機能を持つわけでもない。この研究は、木曜日に科学誌「サイエンス」に掲載された論文で詳述されており、がんなどの疾患における細胞分裂の理解に重要な示唆を与える。
「学生たちは、細胞が分裂すると均一な球形を形成すると学びます。しかし、私たちの研究は、実際の生物ではそれほど単純ではないことを示しています」と、本研究の共同筆頭著者であり、マンチェスター大学生物学・医学・健康学部の研究者であるシェーン・ハーバート氏は、大学の声明で述べています。
新たな研究で、研究者たちはゼブラフィッシュの胚における血管形成を観察しました。新しい血管の成長は、動きの遅い細胞を先頭に、動きの速い単一の細胞が成長することで起こります。先頭細胞は有糸分裂を起こしても球形になったり、丸くなったりすることはありませんでした。この非対称分裂によって、2つの異なる細胞が形成されました。1つは動きの遅い細胞、もう1つは親細胞に代わって動きの速い細胞です。これまで、科学者たちは非対称細胞分裂を主に幹細胞と呼ばれる特殊な細胞と関連付けていました。
「ゼブラフィッシュの1日齢の透明な胚を用いることで、生体内での細胞分裂のような動的なプロセスを研究することが可能になります」と、本研究の共同筆頭著者であり、マンチェスター大学で心臓血管科学の講師を務めるホリー・ラブグローブ氏は述べています。「これにより、この基本的な細胞行動の動画を撮影することができ、組織の成長過程に関する刺激的な新たな側面を明らかにすることができます。」
さらに研究者たちは、親細胞の形状が分裂の対称性か非対称性を決定する可能性があることを指摘しました。例えば、短くて幅の広い細胞は球形になり、2つの似たような娘細胞に分裂する可能性が高かったことが観察されました。一方、長くて細い細胞は「丸く」ならず、結果として非対称に分裂しました。
これをさらに調査するため、ハーバート、ラブグローブ、そして彼らの同僚たちは、マイクロパターニングによってヒトの親細胞のサイズを操作した。「マイクロパターニングによって、細胞が接着できる特定の形状のタンパク質の微小なパッチを生成することができます」と、本研究の共同筆頭著者であり、マンチェスター大学生物科学部の博士研究員であるジョージア・ハルムズ氏は説明する。「すると、細胞はそのパッチの形状をとるようになります。したがって、細胞の形状を変化させ、これらの形状がその後の細胞分裂にどのような影響を与えるかを検証することが可能になります。」
「我々の研究は、細胞が分裂する前の形が、細胞が丸くなるかどうかを根本的に決定し、さらに重要なのは、その娘細胞が大きさと機能の両面で対称か非対称かを決定する可能性があることを示唆している」とハーバート氏は述べた。
その結果、科学者たちは将来、親細胞の形状を制御することで、異なる機能を持つ細胞を生成できるようになるかもしれません。より広い意味では、彼らの分析は、非対称分裂が異なる組織や臓器の形成において重要な役割を果たしていることを示唆しています。この研究は、非対称分裂ががんの進行に関連する可能性のある異なる細胞挙動につながる可能性のあるがんなどの疾患にも重要な示唆を与えています。
その間、私たちの思いは、教科書の改訂版に莫大な金額を費やすことになるかもしれないすべての学生、保護者、そして学校管理者の方々とともにあります。
