金沢大学と北海道大学、九州大学の共同研究グループは、数理モデルのシミュレーションを実験的に検証することで、脳の形成過程での長距離性と短距離性の情報伝達因子間に働く協調作用のメカニズムを発見した。

 細胞間の情報伝達因子には、長距離性のタンパク質(EGF)と短距離性のタンパク質(Notch)がある。Notchは隣接細胞に作用(側方抑制)し、細胞が四角から丸に変化(分化)するときなどは、隣接細胞に抑制性シグナルを送るため,周囲の細胞は必ず四角になり、ゴマシオパターン(丸と四角の交互配列)を形成する。一方、EGFは離れた場所に作用を及ぼす。両者は生命現象に重要な役割を果たすが、Notchの側方抑制とEGFの拡散効果の協調による効果は不明だった。

 ショウジョウバエの脳の形成過程には、最初四角い上皮細胞のみが存在した後、1列ずつ順番に丸い神経幹細胞に変化する「分化の波」(Proneural Wave)という現象があり、類似の現象は他の生物でも知られている。研究グループはこの現象に着目し、EGFの拡散とNotchの側方抑制を組み合わせた「分化の波」数理モデルを構築し、EGFの産生減少によるゴマシオパターンの出現を予測した。実際にEGFの産生量を減少して検証すると、脳に明らかなゴマシオパターンが出現したことから、「分化の波」にはNotchの短距離性作用が組み込まれており、EGFとの協調作用によって波の伝播速度を制御する役割の存在を発見した。

 EGFとNotchの協調作用は大脳皮質の形成過程での神経幹細胞の分化や、肺がん・乳がんの発症過程でも重要な役割を果たしているとされる。今回の研究が可能にした数理科学と生命科学の異分野融合研究は、今後多様な生命現象研究への応用が期待される。

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