素粒子物理 パリティ物理学コース 牧二郎・林浩一 丸善 1995年 図書館で借りましたが200ページ余の薄さで、しかもスッキリとしたレイアウトなので読みやすいです。序説の素粒子物理学の進展の歴史が概観されているのも興味深いものがあります。
素粒子・原子核物理入門 改訂新版 (SPRINGER UNIVERSITY TEXTBOOKS) 単行本 – 2012/2/29 B. ポッフ (著), K. リーツ (著), C. ショル (著), 柴田 利明 (翻訳)
素粒子物理 パリティ物理学コース 牧二郎・林浩一 丸善 1995年 図書館で借りましたが200ページ余の薄さで、しかもスッキリとしたレイアウトなので読みやすいです。序説の素粒子物理学の進展の歴史が概観されているのも興味深いものがあります。
素粒子・原子核物理入門 改訂新版 (SPRINGER UNIVERSITY TEXTBOOKS) 単行本 – 2012/2/29 B. ポッフ (著), K. リーツ (著), C. ショル (著), 柴田 利明 (翻訳)
発生の初期には「腹側腸間膜」も存在します。しかし、そのほとんどは発生が進むにつれて退化してなくなってしまいます。
発生学の教科書でよく描かれているのは、主に**「背側腸間膜」**です
発生の初期段階では、消化管は背側と腹側の両方の腸間膜によって体壁に固定されています。
これら以外の大部分の腹側腸間膜は消滅してしまうため、成体では背側腸間膜ほど広範囲には見られません。
単純化のために教科書に描かれていなくても、実際には腹側にも腸間膜が存在し、それが肝臓周りの重要な構造を形成する、と理解しておくと良いでしょう。
(Gemini)
腸管と体腔 | 漿膜 翻訳済み sqadia.com チャンネル登録者数 11.3万人
疑問:転写因子Eomesは、Eカドヘリンをダウンレギュレーションさせるが、タイトジャンクションの要素であるZO-1も同様に発現が落ちるのか?
Consensus:
| マーカー | EMT時の変化 | 関連論文 |
|---|---|---|
| Eカドヘリン | 低下 | (Wanna-Udom et al., 2024; Chen et al., 2016) |
| ZO-1 | 低下 | (Wanna-Udom et al., 2024; Chen et al., 2016; Zeisel et al., 2018) |
| ビメンチン | 上昇 | (Wanna-Udom et al., 2024; Chen et al., 2016) |
Figure 1: EMT時のEカドヘリン・ZO-1・ビメンチンの発現変化
EomesがEカドヘリンをダウンレギュレーションする状況では、ZO-1も同様に発現が低下する可能性が高いです。これはEMTの一般的な分子メカニズムに基づくものであり、多くの細胞種や発生段階で共通して観察されています。
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Wanna-Udom, S., Aluksanasuwan, S., Somsuan, K., Mongkolwat, W., & Sakulsak, N. (2024). ARID1A overexpression inhibits colorectal cancer cell migration through the regulation of epithelial‑mesenchymal transition. Molecular Medicine Reports, 30. https://doi.org/10.3892/mmr.2024.13325
Chen, Y., Statt, S., Wu, R., Chang, H., Liao, J., Wang, C., Shyu, W., & Lee, C. (2016). High mobility group box 1-induced epithelial mesenchymal transition in human airway epithelial cells. Scientific Reports, 6. https://doi.org/10.1038/srep18815
Zeisel, M., Dhawan, P., & Baumert, T. (2018). Tight junction proteins in gastrointestinal and liver disease. Gut, 68, 547 – 561. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2018-316906
似た名前の物質が同時に出てくると非常に紛らわしいですが、LEF1とLefty1は別物です。
Excellent question — and it’s a very common source of confusion because LEF1 and Lefty1 sound deceptively similar but are completely different genes.
| Gene | Full Name | Pathway | Function | Protein Type |
|---|---|---|---|---|
| LEF1 | Lymphoid Enhancer Factor 1 | Wnt/β-catenin | DNA-binding transcription factor | Nuclear TF |
| Lefty1 | Left-Right Determination Factor 1 | Nodal/TGF-β | Secreted Nodal antagonist | Secreted protein |
So:
LEF1 belongs to the LEF/TCF transcription factor family, not to Lefty1.
They are unrelated in both function and pathway — one is a nuclear transcription factor, the other is a secreted signaling molecule.
発生学の勉強をしていて、nodalの標的遺伝子の中にはnodalが含まれるという記述をみかけたのですが、nodalと協調してはたらくwnt3もやはりnodalの標的遺伝子の一つになっているのでしょうか?
その答えは、この論文のグラフィカルアブストラクトにはっきりと描かれていました。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1934590916303423

NodalはWnt3遺伝子の転写を活性化します。Wnt3は細胞外に分泌され、自身がそれをうけとりβカテニンを介してnodalシグナル経路のSmadと協働してEomesなどの中内胚葉(mesendoderm)の分化に必須の遺伝子を活性化します。
以下、Consensusによるまとめ:
NODALシグナルはWnt3遺伝子発現を活性化する:発生生物学における分子ネットワークの解明
NODALシグナル伝達は、胚発生や細胞分化の制御において中心的な役割を果たします。近年の研究により、NODAL/ActivinシグナルがWnt3遺伝子の発現を直接誘導し、その後のWNT経路活性化を通じて発生プログラムを制御する分子メカニズムが明らかになってきました。
NODALシグナルによるWnt3発現の直接誘導
NODAL/ActivinシグナルのエフェクターであるSMAD2は、Wnt3遺伝子のエンハンサー領域に結合し、クロマチンの開放とともにWnt3の発現を迅速に誘導します。特に、SMAD2と転写因子ZIC3の協調作用により、NODAL/Activin刺激後1時間以内にWnt3の発現が開始されることが示されています (Coda et al., 2022)。
Wnt3の役割とNODALシグナルとの協調
誘導されたWNT3は、WNT/β-カテニン経路を活性化し、遅延型NODAL/Activin標的遺伝子(EomesやTなど)の発現に必須です。Wnt3のノックダウン実験では、これら遅延標的遺伝子の発現が著しく低下することが確認されており、NODALとWNT経路の協調的な作用が発生運命決定に不可欠であることが示唆されています (Coda et al., 2022; Wang et al., 2017)。
発生分化における統合的ネットワーク
p53ファミリーもWnt3の発現制御に関与し、NODAL-SMAD2/3とWNT-TCF3の転写因子が協調して分化遺伝子のエンハンサーに結合します。Wnt3の発現開始は、胚発生の重要なタイミングと一致し、NODALとWNT経路の相互依存的な活性化が胚葉分化を駆動します (Wang et al., 2017)。
Wnt3発現制御の分子メカニズム
| シグナル経路 | 主要因子 | Wnt3発現への影響 | 引用 |
| NODAL/Activin | SMAD2, ZIC3 | 直接誘導 | (Coda et al., 2022) |
| p53ファミリー | p53, p63, p73 | 直接誘導 | (Wang et al., 2017) |
| WNT/β-カテニン | TCF3 | 下流標的活性化 | (Wang et al., 2017) |
Summary
NODALシグナルはSMAD2やZIC3などの転写因子を介してWnt3遺伝子発現を直接活性化し、WNT3はNODAL経路と協調して発生分化の遺伝子発現プログラムを制御します。これらの経路の統合的な作用は、胚発生や細胞運命決定に不可欠であることが明らかになっています。
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References
Coda, D., Patel, H., Gori, I., Gaarenstroom, T., Song, O., Howell, M., & Hill, C. (2022). A network of transcription factors governs the dynamics of NODAL/Activin transcriptional responses. Journal of Cell Science, 135. https://doi.org/10.1242/jcs.259972
Wang, Q., Zou, Y., Nowotschin, S., Kim, S., Li, Q., Soh, C., Su, J., Zhang, C., Shu, W., Xi, Q., Huangfu, D., Hadjantonakis, A., & Massagué, J. (2017). The p53 Family Coordinates Wnt and Nodal Inputs in Mesendodermal Differentiation of Embryonic Stem Cells.. Cell stem cell, 20 1, 70-86. https://doi.org/10.1016/j.stem.2016.10.002
Branford, W., & Yost, H. (2002). Lefty-Dependent Inhibition of Nodal- and Wnt-Responsive Organizer Gene Expression Is Essential for Normal Gastrulation. Current Biology, 12, 2136-2141. https://doi.org/10.1016/s0960-9822(02)01360-x
Kitajima, K., Oki, S., Ohkawa, Y., Sumi, T., & Meno, C. (2013). Wnt signaling regulates left-right axis formation in the node of mouse embryos.. Developmental biology, 380 2, 222-32. https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2013.05.011
Afouda, B., Nakamura, Y., Shaw, S., Charney, R., Paraiso, K., Blitz, I., Cho, K., & Hoppler, S. (2020). Foxh1/Nodal Defines Context-Specific Direct Maternal Wnt/β-Catenin Target Gene Regulation in Early Development. iScience, 23. https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101314
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Yang, X., Shao, F., Guo, D., Wang, W., Wang, J., Zhu, R., Gao, Y., He, J., & Lu, Z. (2021). WNT/β-catenin-suppressed FTO expression increases m6A of c-Myc mRNA to promote tumor cell glycolysis and tumorigenesis. Cell Death & Disease, 12. https://doi.org/10.1038/s41419-021-03739-z
Mazzotta, S., Neves, C., Bonner, R., Bernardo, A., Docherty, K., & Hoppler, S. (2016). Distinctive Roles of Canonical and Noncanonical Wnt Signaling in Human Embryonic Cardiomyocyte Development. Stem Cell Reports, 7, 764 – 776. https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2016.08.008
Carl, M., Bianco, I., Bajoghli, B., Aghaallaei, N., Czerny, T., & Wilson, S. (2007). Wnt/Axin1/β-Catenin Signaling Regulates Asymmetric Nodal Activation, Elaboration, and Concordance of CNS Asymmetries. Neuron, 55, 393 – 405. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2007.07.007
Chachoua, I., Tzelepis, I., Dai, H., Lim, J., Lewandowska-Ronnegren, A., Casagrande, F., Wu, S., Vestlund, J., De Lima, C., Bhartiya, D., Scholz, B., Martino, M., Mehmood, R., & Göndör, A. (2022). Canonical WNT signaling-dependent gating of MYC requires a noncanonical CTCF function at a distal binding site. Nature Communications, 13. https://doi.org/10.1038/s41467-021-27868-3
Huggins, I., Bos, T., Gaylord, O., Jessen, C., Lonquich, B., Puranen, A., Richter, J., Rossdam, C., Brafman, D., Gaasterland, T., & Willert, K. (2017). The WNT target SP5 negatively regulates WNT transcriptional programs in human pluripotent stem cells. Nature Communications, 8. https://doi.org/10.1038/s41467-017-01203-1
Harmston, N., Lim, J., Arqués, O., Pálmer, H., Petretto, E., Virshup, D., & Madan, B. (2020). Widespread Repression of Gene Expression in Cancer by a Wnt/β-Catenin/MAPK Pathway. Cancer Research, 81, 464 – 475. https://doi.org/10.1158/0008-5472.can-20-2129
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Zarkou, V., Galaras, A., Giakountis, A., & Hatzis, P. (2018). Crosstalk mechanisms between the WNT signaling pathway and long non-coding RNAs. Non-coding RNA Research, 3, 42 – 53. https://doi.org/10.1016/j.ncrna.2018.04.001
Scholz, B., Sumida, N., De Lima, C., Chachoua, I., Martino, M., Tzelepis, I., Nikoshkov, A., Zhao, H., Mehmood, R., Sifakis, E., Bhartiya, D., Göndör, A., & Ohlsson, R. (2019). WNT signaling and AHCTF1 promote oncogenic MYC expression through super-enhancer-mediated gene gating. Nature Genetics, 51, 1723 – 1731. https://doi.org/10.1038/s41588-019-0535-3
Wang, Z., Zhao, T., Zhang, S., Wang, J., Chen, Y., Zhao, H., Yang, Y., Shi, S., Chen, Q., & Liu, K. (2021). The Wnt signaling pathway in tumorigenesis, pharmacological targets, and drug development for cancer therapy. Biomarker Research, 9. https://doi.org/10.1186/s40364-021-00323-7
Wang, X., Song, C., Ye, Y., Gu, Y., Li, X., Chen, P., Leng, D., Xiao, J., Wu, H., Xie, S., Liu, W., Zhao, Q., Chen, D., Chen, X., Wu, Q., Chen, G., & Zhang, W. (2023). BRD9-mediated control of the TGF-β/Activin/Nodal pathway regulates self-renewal and differentiation of human embryonic stem cells and progression of cancer cells. Nucleic Acids Research, 51, 11634 – 11651. https://doi.org/10.1093/nar/gkad907
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Dahle, Ø., Kumar, A., & Kuehn, M. (2010). Nodal Signaling Recruits the Histone Demethylase Jmjd3 to Counteract Polycomb-Mediated Repression at Target Genes. Science Signaling, 3, ra48 – ra48. https://doi.org/10.1126/scisignal.2000841
Xu, X., Zhang, M., Xu, F., & Jiang, S. (2020). Wnt signaling in breast cancer: biological mechanisms, challenges and opportunities. Molecular Cancer, 19. https://doi.org/10.1186/s12943-020-01276-5
NodalとActivinは「同じ」受容体を使うが、完全に同一ではありません
受容体の共通性と違い
NodalとActivinはどちらもTGF-βスーパーファミリーに属し、シグナル伝達には「アクチビン型I型(ALK4, ALK7)およびII型(ActRIIA, ActRIIB)」セリン/スレオニンキナーゼ受容体を共有します (Reissmann et al., 2001; Tsuchida et al., 2008; Preiß et al., 2022; Lee et al., 2011; Tsuchida et al., 2009; Nadeem et al., 2011; Miles et al., 2013)。
分子機構の違い
受容体利用のまとめ
| リガンド | I型受容体 | II型受容体 | コレセプター | 引用 |
| Activin | ALK4, ALK7 | ActRIIA, IIB | 不要 | (Reissmann et al., 2001; Tsuchida et al., 2008; Gray et al., 2003; Lee et al., 2011; Tsuchida et al., 2009; Nadeem et al., 2011; Miles et al., 2013) |
| Nodal | ALK4, ALK7 | ActRIIA, IIB | 必須(Cripto等) | (Reissmann et al., 2001; Preiß et al., 2022; Gray et al., 2003; Lee et al., 2011; Tsuchida et al., 2009; Nadeem et al., 2011; Miles et al., 2013) |
Figure 1: NodalとActivinの受容体利用の比較表
結論
NodalとActivinは「アクチビン型I型・II型受容体」を共有しますが、Nodalはコレセプター(Cripto等)が必須であり、受容体利用やシグナル伝達の詳細に違いがあります。完全に同一の分子機構ではありませんが、受容体の主要部分は共通です。
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References
Reissmann, E., Jörnvall, H., Blokzijl, A., Andersson, O., Chang, C., Minchiotti, G., Persico, M., Ibáñez, C., & Brivanlou, A. (2001). The orphan receptor ALK7 and the Activin receptor ALK4 mediate signaling by Nodal proteins during vertebrate development.. Genes & development, 15 15, 2010-22. https://doi.org/10.1101/gad.201801
Tsuchida, K., Nakatani, M., Uezumi, A., Murakami, T., & Cui, X. (2008). Signal transduction pathway through activin receptors as a therapeutic target of musculoskeletal diseases and cancer.. Endocrine journal, 55 1, 11-21. https://doi.org/10.1507/endocrj.kr-110
Preiß, H., Kögler, A., Mörsdorf, D., Čapek, D., Soh, G., Rogers, K., Morales-Navarrete, H., Almuedo-Castillo, M., & Müller, P. (2022). Regulation of Nodal signaling propagation by receptor interactions and positive feedback. eLife, 11. https://doi.org/10.7554/elife.66397
Gray, P., Harrison, C., & Vale, W. (2003). Cripto forms a complex with activin and type II activin receptors and can block activin signaling. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 100, 5193 – 5198. https://doi.org/10.1073/pnas.0531290100
Lee, K., Lim, S., Orlov, Y., Yit, L., Yang, H., Ang, L., Poellinger, L., & Lim, B. (2011). Graded Nodal/Activin Signaling Titrates Conversion of Quantitative Phospho-Smad2 Levels into Qualitative Embryonic Stem Cell Fate Decisions. PLoS Genetics, 7. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1002130
Tsuchida, K., Nakatani, M., Hitachi, K., Uezumi, A., Sunada, Y., Ageta, H., & Inokuchi, K. (2009). Activin signaling as an emerging target for therapeutic interventions. Cell Communication and Signaling : CCS, 7, 15 – 15. https://doi.org/10.1186/1478-811x-7-15
Nadeem, L., Munir, S., Fu, G., Dunk, C., Baczyk, D., Caniggia, I., Lye, S., & Peng, C. (2011). Nodal signals through activin receptor-like kinase 7 to inhibit trophoblast migration and invasion: implication in the pathogenesis of preeclampsia.. The American journal of pathology, 178 3, 1177-89. https://doi.org/10.1016/j.ajpath.2010.11.066
Miles, D., Wakeling, S., Stringer, J., Van Den Bergen, J., Wilhelm, D., Sinclair, A., & Western, P. (2013). Signaling through the TGF Beta-Activin Receptors ALK4/5/7 Regulates Testis Formation and Male Germ Cell Development. PLoS ONE, 8. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0054606
(Consensus)
発生学の論文や教科書を読んでいると、中胚葉誘導の主役としてnodalが登場しますが、アフリカツメガエルの実験の記述ではXnr (Xenopus nordal-related)といった表現を目にします。nordal-relatedはnodalにrelatedな別の分子なのでしょうか?それとも同じ分子を指しているのでしょうか?ちょっと混乱させられたので、頭を整理したいと思います。
質問:nodal-related は、nordalとは別物?アフリカツメガエルにはnodal-related遺伝子以外に、別に、nodal遺伝子も存在するの?
Gemini:
いいえ、「nodal-related」は「nodal」と完全に別物というわけではありません。アフリカツメガエルには、「nodal遺伝子」が単独で存在するのではなく、「nodal-related遺伝子ファミリー」として複数のよく似た遺伝子が存在します。
アフリカツメガエルでは、中胚葉誘導などに関わるNodal様の遺伝子が、進化の過程で複数回重複した結果、6種類の遺伝子ファミリーを形成しています。
これらを総称して**「Xenopus Nodal-related (アフリカツメガエル・ノーダル関連) 遺伝子」**と呼び、Xnr1, Xnr2, Xnr3, Xnr4, Xnr5, Xnr6 と番号で区別します。
つまり、研究者がアフリカツメガエルの発生について語る場合、「Xnr (エックス・エヌ・アール)」と言えば、それはNodalファミリーに属する遺伝子を指しています。
結論として、アフリカツメガエルには「nodal-related遺伝子群」とは別に、単独の「nodal遺伝子」が存在するわけではありません。
哺乳類ではNodal遺伝子は1つだけですが、カエルではそれが6つの「Nodal-related遺伝子」に増えている、と理解するのが正確です。
ただし、その中でもXnr1は哺乳類のNodal遺伝子に最も近いと考えられており、データベースなどでは**「Nodal homolog (Nodalホモログ)」**、つまりNodalの同等遺伝子として登録されています。
まとめると以下のようになります。
発生生物学において、非常に重要な問題の一つに、中胚葉を誘導する物質は何か?というものがありました。多くの生物学者が人生を棒に振る(研究を頑張っても、何も結果が見出せなかったため)くらいに大変難しい問題だったわけですが、突破口となったのはアクチビンの作用の発見でした。
誘導物質がその学会でのメインテーマだったんです。それまではM-ファクターやP-ファクターなどと呼ばれていたものを、僕がいきなりアミノ酸の配列を提示して、アクチビンという具体的なタンパク質名を提示したものだからみんなびっくりしましたね。‥ その頃アメリカではアメリカ国立衛生研究所(NIH)が多額の研究費を使って誘導物質を探していましたし、イギリスは国家プロジェクトとして誘導物質の探索を進めていたからだったのです。‥60年以上ずっと混乱していた誘導物質の研究が、アクチビンという1つの物質に集約したのです。(変わらない熱情で、中胚葉へと変わる過程を見る Asashima Makoto 浅島 誠 JT生命誌博物館 https://brh.co.jp/s_library/interview/76/)
アクチビンの発見者は日本人の浅島誠博士で、アクチビンの中胚葉誘導作用は日本の高校の生物の教科書にも紹介されています。
アクチビンという物質には、両生類の中胚葉誘導とよく似た現象を引き起こす作用が認められている。‥ アクチビンが、アニマルキャップの細胞に働きかけ、中胚葉の組織や器官を形成するための遺伝子を発現させたと考えられる。(啓林館 平成29年度用 高等学校理科用 生物 本川達雄 谷本英一 編)
中胚葉の誘導を起こす物質の1つにアクチビンと呼ばれるタンパク質がある。‥ このようにアクチビンは、その濃度に応じてさまざまな中胚葉性の組織や器官を誘導する。(チャート式シリーズ 新生物 生物基礎・生物 数研出版 新課程版平成25年2月1日)
上の2つの記述を比較すると、教科書のほうが参考書よりも注意深く書かれていることがわかります。教科書のほうは、アクチビンは生体内で働く物質ではないことを暗に示すような書きかたに工夫されているのです。参考書のほうでは、その配慮が薄まっており、学習者は、アクチビン=中胚葉誘導物質(生体内で働く)と理解(誤解)してしまうでしょう。
ChatGPT 5:
高校生物で教えられる「アクチビン(Activin)は中胚葉誘導因子として働く」という説明は、発生学的に正しい内容に基づいています。ただし、その背景を少し深掘りすると理解がより正確になります。
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 分類 | TGFβスーパーファミリーの一員 |
| 主な経路 | Smad2/3 → Smad4 経路 |
| 作用部位 | 原始線条や原口周辺の細胞 |
| 生理的役割 | 中胚葉および内胚葉の誘導(特に実験モデルで) |
| 関連分子 | Nodal, Activin, Lefty, BMP4, TGFβ |
🔹簡潔に言うと:
高校教科書の「アクチビン=中胚葉誘導因子」は正しい。ただし、現在の理解では「アクチビンは Nodal/Activin系 シグナルの一部であり、発生初期において中胚葉・内胚葉を誘導する代表的な因子のモデルとして用いられる」と表現するのがより正確です。
以上、ChatGPT5の解説でした。
高校生物の教科書に書かれているアクチビンに関する記述は非常に正確であり、書かれている内容に関しては何の問題もないのですが、読んだ人は、アクチビン=中胚葉誘導物質と理解するのが普通ではないでしょうか。ところが、「アクチビン=中胚葉誘導能を持つ物質」ではありますが、「アクチビン=生体内で中胚葉を誘導する役割を担っている物質」ではありません。このような区別は、初学者には困難でしょうから、「アクチビン=中胚葉誘導物質」と理解して覚えてしまうのではないかと思います。
そんなわけで、自分は、高校の生物の教科書の記載はもっと事実をわかりやすく書いたほうがよいのではないかと思います。この点をさらに深く掘るために、質問をかなり具体的にしたうえで、生成AIに説明させてみましょう。
質問:日本の高校の教科書には、「アクチビン=中胚葉誘導因子」という記述がありますが、これは誤解を招きやすい説明ではないでしょうか。ある因子が発生に必要か十分かは、添加実験や過剰発現の実験で十分性を示し、ノックアウトやノックダウンにより必要性を示して、さらに、しかるべき時期にしかるべき場所で正常発現していることまで確認して、この3つがセットで揃ったときに初めて、この因子はこれこれの発生の過程で働いていると結論づけられます。アクチビンは十分条件を満たしたに過ぎません。発生学の研究者が納得するきちんとした説明、すなわち、現在におけるアクチビンの中胚葉における役割の見直しについて説明ください。
Geminiの回答:
はい、そのご指摘はまったくもってその通りです。「アクチビン=中胚葉誘導因子」という記述は、歴史的な経緯を反映したものではありますが、現在の発生生物学の知見からすると、誤解を招く非常に不正確な説明と言えます。
発生学の研究者が納得する形、すなわち**「必要十分条件」と「時空間的な発現」**という3つの観点から、アクチビンの役割を再評価し、現在の中胚葉誘導の理解について解説します。
まず、なぜアクチビンが中胚葉誘導因子として教科書に載るようになったのか。それは、アフリカツメガエルの未分化な細胞塊(動物極キャップ)を用いた実験に由来します。
この実験は、アクチビンが中胚葉を誘導する**「十分な」**能力を持つことを鮮やかに示しました。この発見が非常にインパクトが大きかったため、「アクチビンは中胚葉誘導因子である」という単純化された記述が広まったのです。
しかし、ご指摘の通り、ある現象を引き起こすのに「十分」であることと、生体内でその現象に「必要」であることは全く別の問題です。アクチビンの役割を見直す決定的な証拠は、遺伝子ノックアウト実験によってもたらされました。
この結果は、**「アクチビンは正常な中胚葉形成に必須ではない」**ことを明確に示しています。つまり、アクチビンは十分条件は満たすものの、必要条件を満たさなかったのです。
では、生体内で中胚葉誘導を担う真の因子は何なのでしょうか。その後の研究で、アクチビンと同じTGF-βスーパーファミリーに属するNodalという分泌性シグナル分子こそが、その主役であることが突き止められました。
このように、Nodalは**「十分性」「必要性」「時空間的な発現」**という3つの条件をすべて満たしており、現在ではNodalこそが哺乳類における中胚葉誘導の必須因子であると結論付けられています。
では、アクチビンとは何だったのでしょうか。
アクチビンとNodalは、細胞内では同じSmad2/3というシグナル伝達経路を使います。そのため、実験的にアクチビンを添加すると、本来Nodalが担うべきシグナル経路のスイッチを人為的にONにすることができ、結果としてNodalと同様に中胚葉を誘導できたのです。
結論として、アクチビンは中胚葉誘導の分子メカニズムを解き明かすための非常に重要な「鍵」であり、その発見が発生生物学の発展に大きく貢献したことは間違いありません。しかし、生体内でその現象を実際に引き起こしている内因性の「主役」はNodalであり、アクチビンはその主役の役割を代行できる「影武者」のような存在だった、と理解するのが最も正確です。
質問:哺乳類の話はわかったけど、アフリカツメガエルでは?
Geminiの回答:アフリカツメガエルの発生においても、哺乳類と同様に、かつての「アクチビン=中胚葉誘導物質」という仮説は現在では見直されています。結論から言うと、アフリカツメガエルでも中胚葉誘導の**内因性の主役はNodal関連因子(Xnrs)**であり、アクチビン仮説はもはや正確ではありません。
その理由を、哺乳類の時と同じく「必要十分条件」と「時空間的な発現」の観点から解説します。
かつてはアフリカツメガエルの胚を用いた動物極キャップの実験で、アクチビンが中胚葉を誘導する「十分性」が示されたことから、アクチビンが有力な候補とされていました。しかし、その後の研究で、状況は大きく変わりました。
研究が進むにつれて、アフリカツメガエルの胚の、まさに中胚葉が誘導されるべき時期と場所(胞胚期の植物極側)で、**Nodalとよく似た遺伝子群(Xenopus nodal-related proteins; Xnrs)**が発現していることが発見されました。
決定的な証拠は、Xnrsの働きを阻害する実験によってもたらされました。
このように、アフリカツメガエルにおいても、Nodal関連因子(Xnrs)が**「必要性」と「時空間的な発現」**という条件を満たしており、真の内因性の中胚葉誘導因子であると結論付けられています。
では、アフリカツメガエルにおいてアクチビンは何だったのでしょうか。
哺乳類の場合と同様に、アクチビンはNodal(Xnrs)と同じ細胞内のシグナル伝達経路を利用します。そのため、実験的にアクチビンを投与すると、本来Xnrsが担うべき役割を代行し、中胚葉を誘導することができたのです。
**「アクチビン=中胚葉誘導因子」**という仮説は、発生現象の分子メカニズムを探る上で歴史的に非常に重要な役割を果たしました。しかし、アフリカツメガエルにおいても、生体内で実際にその役割を担っているのはNodal関連因子(Xnrs)である、というのが現代の発生生物学の正しい理解です。
Consensusにも同じ質問をしてみます。
Consensusの回答:
初期の発生生物学研究では、ActivinはXenopusなど両生類胚で中胚葉やオーガナイザー(Spemann-Mangold organizer)を誘導できる強力な因子として注目され、「オーガナイザー遺伝子」とみなされていました (Asashima & Satou-Kobayashi, 2024; Reissmann et al., 2001)。しかし、その後の分子遺伝学的解析により、本来の胚内でのオーガナイザー活性は主にNodal関連因子(Xenopus nodal-related factors, Xnrs)によって担われていることが明らかになりました (Osada & Wright, 1999; Reissmann et al., 2001)。
| 因子 | オーガナイザー誘導 | 胚内での主役 | 実験での観察 | 引用 |
|---|---|---|---|---|
| Activin | 可能(外来投与時) | × | Nodal誘導を介す | (Osada & Wright, 1999; Reissmann et al., 2001; Kumar et al., 2001) |
| Nodal/Xnrs | 主要因子 | 〇 | 直接活性 | (Osada & Wright, 1999; Reissmann et al., 2001) |
Figure 1: ActivinとNodalのオーガナイザー誘導活性の比較表
Activinは一時的にオーガナイザー遺伝子と考えられましたが、実際には投与Activinが胚内Nodalシグナルを誘導し、その活性を観察していたことが分かっています。現在では、オーガナイザー活性の本質的な担い手はNodal関連因子であると広く認識されています。
These papers were sourced and synthesized using Consensus, an AI-powered search engine for research. Try it at https://consensus.app
Reissmann, E., Jörnvall, H., Blokzijl, A., Andersson, O., Chang, C., Minchiotti, G., Persico, M., Ibáñez, C., & Brivanlou, A. (2001). The orphan receptor ALK7 and the Activin receptor ALK4 mediate signaling by Nodal proteins during vertebrate development.. Genes & development, 15 15, 2010-22. https://doi.org/10.1101/gad.201801
Osada, S., & Wright, C. (1999). Xenopus nodal-related signaling is essential for mesendodermal patterning during early embryogenesis.. Development, 126 14, 3229-40.
Kumar, A., Novoselov, V., Celeste, A., Wolfman, N., Dijke, T., & Kuehn, M. (2001). Nodal Signaling Uses Activin and Transforming Growth Factor-β Receptor-regulated Smads*. The Journal of Biological Chemistry, 276, 656 – 661. https://doi.org/10.1074/jbc.m004649200
Asashima, M., & Satou-Kobayashi, Y. (2024). Spemann-Mangold organizer and mesoderm induction.. Cells & development, 203903. https://doi.org/10.1016/j.cdev.2024.203903
高校生向けの記述をするとしたら、以下のようになろうかと思います。Geminiに作文してもらいました。ここでいう「鍵穴」とは、受容体のことです。鍵は、アクチビンやノーダルということになります
Gemini:高校生物の教科書の執筆者として、アクチビンの歴史的経緯を尊重しつつ、現代の発生生物学の正しい理解を伝えるための記述を作成します。
胚発生の初期段階で、私たちの体は外胚葉・中胚葉・内胚葉という3つの基本的な層(三胚葉)に分かれます。特に、筋肉や骨、循環器系など、体の主要な器官のもととなる中胚葉が、どのようにしてつくられるのかは、発生生物学における大きな謎でした。
1980年代、アフリカツメガエルの胚を用いた画期的な実験が行われました。本来、表皮などになる運命の外胚葉の細胞(動物極キャップ)を切り出し、それに様々な物質を作用させたのです。
その結果、**「アクチビン」**というタンパク質を加えると、外胚葉の細胞がまるで運命を変えられたかのように、筋肉や脊索といった中胚葉性の組織に変化することが発見されました。
この発見は衝撃的で、「アクチビンは中胚葉を誘導する能力を十分に持っている(十分性)」ことが証明されました。このことから、アクチビンこそが、体内で働く「中胚葉誘導物質」の最有力候補だと考えられるようになったのです。
しかし、科学の探求はここで終わりませんでした。ある物質が「特定の現象を引き起こす能力を持つ」ことと、「体内で実際にその役割を担っている」ことは、厳密に区別して考える必要があります。後者を証明するには、その物質が体内で働くのに**「必要不可欠」**であること(必要性)を示さなければなりません。
もし、アクチビンが発生に必要不可欠なら、体内でアクチビンをつくれないようにした場合、中胚葉は形成されないはずです。遺伝子工学の技術を用いて、マウスのアクチビン遺伝子を破壊する実験が行われました。
その結果は驚くべきものでした。アクチビン遺伝子を失ったマウスは、正常に中胚葉を形成したのです。この事実は、**「アクチビンは正常な中胚葉の形成に必須ではない」**ことを意味していました。
では、体内で働く真の誘導因子は何なのでしょうか?
その後の精力的な研究により、アクチビンと同じ仲間(TGF-βスーパーファミリー)に属する**「ノーダル(Nodal)」**というタンパク質こそが、その主役であることが明らかになりました。
ノーダルは、以下の3つの条件をすべて満たしています。
これらの証拠から、現在では、**「ノーダルこそが、脊椎動物における内因性の中胚葉誘導因子である」**と結論付けられています。
では、なぜアクチビンは中胚葉を誘導できたのでしょうか。それは、アクチビンとノーダルが、細胞内では同じシグナル伝達の仕組み(鍵穴)を利用するからです。アクチビンは、本来ノーダルという**「本来の鍵」が差し込まれるべき鍵穴にぴったり合う「合鍵」**のようなものでした。
アクチビンの発見は、中胚葉誘導のメカニズムという扉を開けるための、歴史的に非常に重要な「合鍵」の発見でした。この発見があったからこそ、私たちはノーダルという「本来の鍵」にたどり着くことができたのです。この一連の物語は、仮説が実験によって検証され、新たな事実に合わせて修正されていくという、科学のダイナミックな進歩そのものを示しています。
mesoderm中胚葉や、endoderm内胚葉という言葉は、発生学を勉強するとお馴染みの用語になります。しかし、発生学を少し細かく勉強していると、mesendodermという言葉に出くわします。これは一体何でしょうか?
mesendodermは、中胚葉と内胚葉を併せたものではありません。特定の組織を指す言葉でもありません。mesendodermを理解するためには、哺乳類の発生は両生類の発生とはことなり、中胚葉も内胚葉も外胚葉から分化するということを押さえておく必要があります。つまりもともと外胚葉の細胞だったものが、細胞シグナルの影響により中胚葉または内胚葉に分化できる状態になったおきにその細胞の状態のことをmesendodermと呼ぶのです。肺の一部の組織を指し示して、ハイ、この部分がmesendodrmですよと呼べるわけではないのです。
(ChatGPT 5)
生成AIサービスがたくさん出てきていて、網羅しきれないくらいです。細かいことは別の記事に譲るとして、一覧を作っておきます。
生成AIの有料版サブスクリプションは、科研費での支出も認められているようです。しかしChatGPTなどは毎月のサブスクリプションの場合、「検収」もその期間内に行う必要があります。うっかりわすれて1か月過ぎてしまうと、折角科研費で払えたはずのものが払えなくなってしまうので、要注意です。😿😿😿