毛の発生

毛の構造

Figure 1

Int J Mol Sci. 2021 Oct 13;22(20):11030. doi: 10.3390/ijms222011030　https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8538579/

毛の形成

間葉が表皮に働きかけて、表皮の一部がプラコード（原基）に分化します。

Figure 1

09 June 2021 A 4D road map for the formation of hair follicles　https://www.nature.com/articles/d41586-021-01482-1

 

FIGURE 4.

Organogenesis. 2018 Feb 15;14(1):46–63. doi: 10.1080/15476278.2017.1421882 Embryonic skin development and repair　https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6150059/

 

ChatGPTの解説です。

毛を作る細胞やその構成成分についての具体的な仕組みを以下に整理します。

1. 毛をつくる細胞は？

毛を作る細胞は、主に以下のようなものがあります：

(1) 毛包細胞（Hair follicle cells）

  • 役割:
    • 毛包は、毛髪を生成するための構造で、毛の成長サイクルを担う複数の細胞で構成されています。
    • 毛包には、以下のような細胞が含まれます：
      1. 外毛根鞘細胞（Outer root sheath cells）:
        • 毛包の外側を覆い、構造を支える。
      2. 内毛根鞘細胞（Inner root sheath cells）:
        • 毛髪の成長方向を誘導する。

(2) 毛母細胞（Matrix cells）

  • 役割:
    • 毛母細胞は、毛包の底部（毛球部）にある重要な細胞で、毛髪の実際の生成に直接関与します。
    • **毛乳頭細胞（Dermal papilla cells）**からのシグナルを受けて分裂し、ケラチンを合成。
    • 毛髪の主成分（ケラチン）を作り出し、毛髪の構造を形成。

Hair bulb matrix cells are unspecialized epithelial cells that grow the hair follicle and hair: 

  • Location: Located in the hair bulb, surrounding the dermal papilla 
  • Function: Act as germ cells to grow the hair follicle and hair 
  • Composition: A mixture of cells, including keratinocytes, melanocytes, and Langerhans cells 
  • Role in hair growth: As matrix cells divide, the hair follicle and hair grow longer 
  • Role in hair color: Melanocytes, which produce melanin, are mixed among the matrix cells and give the hair shaft its color 
  • Role in keratinization: Matrix cells undergo keratinization, which forms a layer of keratin that prevents the hair from falling out 
Hair growth occurs in a cyclical process with three phases:
  • Anagen: The active growth phase, when cells divide rapidly at the root of the hair
  • Catagen: A transition phase that lasts 2 to 3 weeks
  • Telogen: A resting phase that lasts about 2 to 4 months 
At the end of the telogen phase, another anagen phase begins.

(3) 毛乳頭細胞（Dermal papilla cells）

  • 役割:
    • 毛母細胞の増殖と分化を制御。
    • 真皮由来の線維芽細胞が集まり、毛包の底部に位置して毛髪形成を支える。
    • 毛乳頭細胞から放出される成長因子（FGF-7、Wntシグナルなど）が毛母細胞に作用して毛髪形成を促進。

2. 毛は何でできている？

毛髪の主成分は**ケラチン（Keratin）**です。

(1) ケラチンとは？

  • 概要:
    • ケラチンは繊維状のタンパク質で、毛髪、爪、角質などの主要成分。
    • 主に毛母細胞で合成される。
  • 硬ケラチンと軟ケラチン:
    • 毛髪には「硬ケラチン」が含まれており、これが毛髪の強度と弾力性を担う。

(2) 毛髪の構造

  • 毛髪は3層構造を持ちます：
    1. 毛髄質（Medulla）:
      • 毛の中央部分。主に空気を含む。
    2. 毛皮質（Cortex）:
      • ケラチンが密に詰まっており、毛髪の弾力性や強度を担う部分。
    3. 毛表皮（Cuticle）:
      • 毛髪の最外層で、スケール状に重なったケラチン細胞からなる。

3. 毛が黒い理由

毛の色は、**メラニン（Melanin）**という色素によって決まります。

(1) メラニンの種類

  • 毛母細胞周辺にある**メラノサイト（Melanocyte）**がメラニンを生成します。
  • メラニンには2種類があります：
    1. ユーメラニン（Eumelanin）:
      • 黒や濃い茶色の色素を生成。
    2. フェオメラニン（Pheomelanin）:
      • 赤みがかった黄色の色素を生成。

(2) 毛が黒いメカニズム

  • 毛母細胞の中にメラノサイトが色素顆粒を分泌し、それがケラチン細胞に取り込まれることで、毛髪に色がつきます。
  • アジア人（特に日本人）の毛髪は、ユーメラニンが多く含まれるため、黒や濃い茶色の毛髪になります。

(3) 毛髪の色の変化

  • 白髪:
    • メラノサイトの機能低下や消失により、メラニンが生成されなくなると白髪になります。
  • 加齢や環境要因:
    • 加齢、ストレス、栄養不足がメラニン生成に影響を与える。

4. 部位による毛髪の違い

毛包と毛髪の構造や性質は、体の部位によって異なります。

(1) 頭髪

  • 成長サイクルが長く、密度も高い。
  • 主にケラチンとユーメラニンが豊富。
  • 髪の太さや形状（直毛、波状毛、縮毛）は毛包の形状に依存。

(2) 体毛（腕や脚）

  • 成長サイクルが短く、毛包の密度が低い。
  • フェオメラニンが多い場合、色が薄くなる。

(3) 眉毛やまつ毛

  • 成長サイクルが短く、一定の長さで成長が止まる。
  • 機能的には目を保護する役割を持つ。

まとめ

  1. 毛を作る細胞:
    • 毛母細胞が毛の主成分（ケラチン）を生成。
    • 毛乳頭細胞が成長因子を分泌して毛母細胞を制御。
  2. 毛の構成:
    • 主成分はケラチンで、髪の強度や弾力性を支える。
    • メラニンが毛髪の色を決定。
  3. 毛が黒い理由:
    • ユーメラニンの生成が多いため。
    • メラノサイトが毛母細胞と協働。
  4. 部位ごとの違い:
    • 頭髪、体毛、眉毛などの特徴は毛包の構造やシグナルによる。

 

以下の説明もChatGPT4oによるもの。

EDA（Ectodysplasin A）とEDAR（Ectodysplasin A receptor）は、主に外胚葉由来の構造（毛包、汗腺、歯、乳頭など）の形成や分化に関与する重要な分子とその受容体です。これらはTNF（Tumor Necrosis Factor）ファミリーに属し、細胞間のシグナル伝達を介して発生過程を調節します。

以下にEDA/EDARシグナル伝達機構の詳細を説明します。

1. EDA/EDARの概要

(1) EDA（Ectodysplasin A）

  • EDAとは:
    • TNFファミリーに属する膜結合型のリガンド（分泌型もあり）。
    • EDA1とEDA2の2つのスプライシングバリアントが存在します。
      • EDA1はEDARに結合。
      • EDA2はEDARADD（異なる受容体）に結合。
  • EDAの発現場所:
    • 主に**外胚葉細胞（ectodermal cells）**で発現し、毛包や汗腺、歯、乳頭の発生に重要な役割を果たします。

(2) EDAR（Ectodysplasin A receptor）

  • EDARとは:
    • EDAの受容体であり、細胞膜貫通型の受容体タンパク質。
    • TNF受容体スーパーファミリーの一員。
  • EDARの発現場所:
    • 主に表皮細胞やその周辺の構造に発現し、外胚葉性器官の形態形成に関与。

2. EDA/EDARのシグナル伝達機構

(1) リガンド結合と受容体活性化

  • EDA1がEDARに結合すると、EDARの細胞内ドメインが活性化します。
  • 活性化されたEDARは、アダプター分子である**EDARADD（EDAR-Associated Death Domain）**と相互作用します。

(2) 下流シグナル伝達

  • EDARADDを介して、NF-κB（Nuclear Factor kappa B）経路が活性化。
    1. **TRAF6（TNF Receptor-Associated Factor 6）**のリクルート:
      • EDARADDにTRAF6が結合し、下流のシグナル伝達を開始。
    2. **IKK複合体（IκB Kinase complex）**の活性化:
      • TRAF6によってIKK複合体がリン酸化され、NF-κBが核内に移行。
    3. NF-κBの転写活性化:
      • 核内でNF-κBが標的遺伝子を転写活性化し、細胞の分化や形態形成を促進。

(3) 主要な標的遺伝子

  • 毛包形成:
    • 毛包形成に必要な遺伝子群を活性化（例: Shh, Wnt）。
  • 汗腺、歯、乳頭形成:
    • 各器官の発生に特異的な遺伝子も活性化。

3. EDA/EDARの機能と役割

(1) 毛包形成

  • 発生の初期段階:
    • 表皮と真皮の相互作用を通じて、毛包のプラコード（placode）の形成を誘導。
  • 毛包の分極化:
    • EDA/EDARシグナルは、毛包の形状と方向性を決定する。

(2) 汗腺形成

  • 腺の形成:
    • EDA/EDARシグナルが汗腺の発生を誘導。
  • 異常がある場合:
    • 汗腺の形成不全（無汗症など）を引き起こす。

(3) 歯の形成

  • 歯の形態形成:
    • 歯胚（tooth germ）の形成においてEDA/EDARが重要。
  • 歯の異常:
    • 発生段階でEDA/EDARが欠損すると、歯の数や形態に異常が生じる。

(4) 乳頭（乳房）の形成

  • 乳頭形成:
    • 外胚葉性構造としてEDA/EDARが発生段階で寄与。

4. 発生異常と疾患

EDA/EDARシグナルの異常は、さまざまな発生異常を引き起こします。

(1) 外胚葉異形成症候群（Ectodermal Dysplasia, ED）

  • 概要:
    • EDA/EDARシグナルの遺伝的異常により、外胚葉由来の器官が正常に形成されない。
  • 症状:
    • 毛髪の薄毛や脱毛（毛包形成不全）。
    • 汗腺の欠損や機能不全（無汗症）。
    • 歯の形成異常（少数歯や欠損歯）。

(2) ヒト遺伝子変異

  • EDA遺伝子変異:
    • X染色体上のEDA遺伝子の変異が、男性に外胚葉異形成を引き起こす。
  • EDAR遺伝子変異:
    • 常染色体優性または劣性の形態で、毛や歯の異常を引き起こす。

5. 発生過程におけるEDA/EDARの相互作用

(1) 他のシグナルとのクロストーク

  • Wntシグナル:
    • 毛包や歯の初期形成においてEDA/EDARシグナルと協働。
  • Shh（Sonic Hedgehog）シグナル:
    • 毛包の分極化や歯の形態形成に関与。

(2) 表皮-真皮間の相互作用

  • 表皮細胞:
    • EDAを分泌。
  • 真皮細胞:
    • EDARを発現し、毛包や汗腺の分化を誘導。

6. 臨床応用の可能性

  • 再生医療:
    • EDA/EDARシグナルを用いた毛包や歯の再生研究が進行中。
  • 遺伝子治療:
    • EDA/EDAR関連疾患への治療法として、遺伝子治療が期待されている。

まとめ

EDA/EDARは、外胚葉由来の構造形成（毛、汗腺、歯など）において不可欠な役割を果たすシグナル伝達機構です。その異常は発生異常や疾患につながり、これらの分子を標的とした再生医療や治療法の開発が進んでいます。このシグナルの動的な調節が、発生過程における細胞の分化と形態形成を支えています。

毛の発生のシグナリング

figure 1

Nature Communications volume 9, Article number: 2333 (2018)　Published: 20 June 2018 FGF signalling controls the specification of hair placode-derived SOX9 positive progenitors to Merkel cells

Details are in the caption following the image

STEM CELLS Tissue-Specific Stem Cells Free Access Concise Review: Wnt Signaling Pathways in Skin Development and Epidermal Stem Cells Anthony Veltri, Christopher Lang, Wen-Hui Lien First published: 19 October 2017 https://doi.org/10.1002/stem.2723　https://stemcellsjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/stem.2723

毛の再生シグナリング

Figure 1

Front Med (Lausanne). 2022 Apr 14;9:863786. doi: 10.3389/fmed.2022.863786 Epithelial-Mesenchymal Interaction in Hair Regeneration and Skin Wound Healing　https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9048199/

　（雑誌社の論文もフリーだがその図よりもSEMANTICSCHOLARのウェブサイトの図のほうが高解像度）

https://www.semanticscholar.org/paper/Maintaining-Hair-Inductivity-in-Human-Dermal-Cells%3A-Taghiabadi-Nilforoushzadeh/c05f7a947c658f8921ebb08182f27897141f625a/figure/0