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本学の注目すべき研究者のこれまでの研究活动や最新の情报を绍介します。

生命科学研究科　倉永 英里奈　教授

生きもの好きと言っても色々なタイプがいます。たとえば、アオムシが美しい蝶に変わる変态を见て、华丽な変身をただただ爱でたいと思うタイプ。かと思うと、変态が进行している蛹の殻の中で何が起こっているのかすごく気になるタイプ。さしずめ后者は研究者向きかもしれません。仓永さんはまさに后者のタイプです。なにしろ実际に蛹の殻をむいて中身を覗いてしまったのですから。

この目で不思议を确かめたい

仓永さんの研究材料はショウジョウバエです。台所の生ごみのまわりを飞び回っている、俗に言う「小バエ」です。ショウジョウバエは、１世纪ほど前から遗伝学の研究材料として使われてきました。ＤＮＡレベルの研究が可能になってからは、発生学の研究でも活用されています。

仓永さんは、大学の卒业研究と大学院修士课程では、哺乳类の繁殖生理にかかわる研究をしていました。それはそれでやりがいがあったそうですが、哺乳类では１个の遗伝子异常の影响が体全体に出ます。ところがショウジョウバエでは、たとえば交尾行动が１个の遗伝子で制御されていたりします。そのことを知ってショウジョウバエの研究に兴味が涌いた仓永さんは、大学院博士课程は、ショウジョウバエを材料に细胞死（アポトーシス）が起こる仕组みを研究する研究室に所属を変更しました。细胞死というのは、不要になった细胞が自から壊われることで体の机能を维持する正常な仕组みです。起こるべき细胞死が起こらないと、形态形成に异常が生じます。そういう変异体を调べると、逆に细胞死が起こる仕组みを突き止めることができます。

ショウジョウバエの幼虫は、プヨプヨした蛆（うじ）です。蛆はやがて蛹となり、ハエに変身して殻から出てきます。ハエの外表皮の细胞は、外骨格とも呼ばれるとおり、板のように硬い细胞です。弾力のある蛆の细胞が蛹の殻の中でどのようにして硬い细胞に置き换わるのか、仓永さんはライブイメージングという手法で蛹を観察しました。目印となる细胞を蛍光タンパク质で光らせて目立つようにしたのです。

その结果、蛹の殻の中では剧的なことが起こっていることがわかりました。成虫の表皮细胞が増えるにつれて、そこに接する幼虫の表皮细胞が缩小しつつ内侧に滑り込み、そこで特殊な细胞に食べられる细胞死が起こっていたのです。それはまるで、成虫の表皮细胞が领地を拡大するにつれて、幼虫细胞が阵地をおとなしく明け渡していくかのようでした。详しく调べると、幼虫の细胞に细胞死を起こす信号が成虫の细胞から送られていることがわかりました。

蛹の中での変身は、完全変态昆虫では共通していますが、ショウジョウバエでは奇妙な现象が知られています。オスの生殖器だけは、形态形成の过程で360度ぐるりと回転するというのです。これは、ハエや蚊など、双翅目と呼ばれるグループ特有の现象で、グループ内でも种类ごとに、回転角度が异なっています。ちなみに蚊では180度の回転だそうです。

しかし、実际に回転する様子の详しい観察はありませんでした。しかも、细胞死を引き起こすある种のタンパク质がはたらかなくなると、回転の角度が狂うという报告もありました。そんな不思议なことがほんとうにあるのか、仓永さんは半信半疑で、ともかくそれを见てみることにしました。细胞死も関係しているとなれば、なおさら兴味が募ります。

蛹のお尻の殻をむいて顕微镜のレンズの下に固定し、1时间おきに撮影してみたのです。その结果、ほんとうに回っていることが确认できました。そこで、得意のライブイメージング手法を用いて本格的な研究に着手することにしました。

细胞のつなぎ替え

形成途中のオスの生殖器は、たしかに、およそ12时间で时计回りにぐるりと一回転していました！　仓永さんの研究チームは、それを鲜明な画像で追跡することに成功しました。同じ报告は、残念ながらフランスの研究チームに一歩先んじられました。しかし、フランスチームの観察方法は、お尻の周囲の殻をはがした蛹を寒天に埋め込み、水につけた状态のものを顕微镜で観察するというもので、蛹の成长はそこで止まってしまい、成虫にはなれません。仓永さんたちの、お尻の先端だけをきれいに向いた蛹をスライドグラスに両面テープで贴って観察するという方法だと、蛹は正常に成长して成虫になります。しかも撮影された映像も鲜明でした。手先の器用さがものを言った结果です。

回転は确认できましたが、问题はその仕组みです。研究を続けた结果、生殖器の回転には、形态形成全体にも係る仕组みが関係していることがわかってきました。蛆が蛹に変身する际の上皮细胞の移动と同じ现象が键を握っていたのです。

生殖器の周囲を取り囲む上皮细胞の动きには、３通りのパターンがあることがわかりました。内侧の细胞层は、生殖器本体の回転と同时に同じ速度で时计回りに动きだす。その外侧の细胞层は、途中から遅れて时计回りに动き出し、180度回転したところで止まる。中间层の细胞は、一応は动くのだが、途中で细胞死してしまう。生殖器本体の回転速度は、最初はゆっくりで、外侧の细胞が遅れて动き出した时点で加速され、やがて减速して360度回転した时点で止まる。一方、上述したように、细胞死が起きない変异个体では生殖器は180度しか回転しない。

以上の结果から、どのような仕组みが考えられるでしょう。生殖器を取り囲む细胞で细胞死が起こることでその周辺の细胞が滑るように时计回りに移动し、それに引っ张られるかたちで生殖器が回転する。それだけだと180度しか回転しないのだが、遅れて移动する细胞が途中から回転を加速させ、さらに180度分の势いを供给する。ちょうど、动く歩道の上を歩くと移动速度が加速されるのと同じことではないのか。これが、仓永さんが入浴中に思いついたという説明です。アルキメデス并みのひらめきでした。

その后研究はさらに进み、上皮细胞集団の动きは、互いの接着面を伸缩させて次々とつなぎ変えながら、まるでファスナーの歯（务歯）がスライドしていくように移动していることを突き止めました。细胞の接着面の伸缩には、サイドキック（厂诲办）の名で知られていたタンパク质が関与していることも発见しました。ショウジョウバエのお尻グルグルには、形态形成の谜に迫る、思いのほか重要な仕组みが隠されていたのです。

仓永さんは、九州の片田舎でのびのびと育ちました。ファーブル昆虫记が好きだったそうですが、虫が好きだったわけではなく、ファーブルが行っていた実験にワクワクさせられたといいます。自分でも、アリの行列やオジギソウを相手に、素朴な疑问を确かめる実験をしていたそうです。现在もその好奇心が研究の駆动力となっているようです。

文責：広報室 特任教授 渡辺政隆

（オスの生殖原基が回転する様子をとらえた动画：东北大学驰辞耻迟耻产别）

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