空間細胞アトラスによる人間の手足の指の発達に関する新たな発見

　　　　　
四肢は、当初は体の側面に特定の形や機能を持たない未分化の細胞の袋として現れます。しかし、発達の8週間後には、それらはよく分化し、解剖学的に複雑で、すぐに四肢として認識できるようになり、指や足の指を完備しています。これには、細胞の非常に迅速かつ正確な調整が必要です。このプロセスに少しでも乱れが生じると、下流の影響が発生する可能性があります。これが、出生時に最も頻繁に報告される症候群の一つである四肢の変異が、全世界の出生の約500分の1で影響を受ける理由です。
マウスや鶏のモデルで四肢の発達が広範囲に研究されていましたが、それらがヒトの状況をどの程度反映しているかは不明確でした。しかし、技術の進歩により、研究者らはヒトの四肢の初期段階を探ることが可能になりました。
この新しい研究では、ウェルカム・サンガー研究所と中山大学の研究者らとその共同研究者らは、発達の5週間から9週間の間の組織を分析しました。これにより、特定の時期や特定の領域で活性化される特定の遺伝子発現プログラムを追跡し、形成中の四肢を形作ることができました。
組織の特殊な染色により、細胞集団が形成中の指のパターンにどのように異なって配置されるかが明確に示されました。

この研究の一環として、研究者らは、手や足の形成に影響を与える特定の遺伝子パターンを実証し、特定の遺伝子が中断されると、短指症（brachydactyly：短い指）や多指症（polysyndactyly：余分な指や足の指）などの特定の四肢症候群と関連していることを特定しました。

また、チームは、四肢の発達の多くの側面が、ヒトとマウスの間で共有されていることを確認しました。
全体として、これらの発見は、ヒトにおける四肢発達の詳細な特徴付けだけでなく、先天性四肢症候群の診断や治療に影響を与える可能性のある重要な洞察を提供しています。
研究のシニア著者である中山大学のホンボー・チャン教授（Hongbo Zhang, PhD）は次のように述べています。「何十年もの間、モデル生物の研究が脊椎動物の四肢発達に関する私たちの理解の基礎を築いてきました。しかし、これをヒトで特徴づけることは、今まで達成されていませんでした。また、私たちは、マウスモデルのヒトの発達に対する関連性を仮定することはできませんでした。私たちが明らかにしたのは、非常に複雑で厳密に規制されたプロセスです。これは、彫刻家が大理石の塊を削り取って傑作を明らかにしているようなものです。この場合、自然が彫刻家であり、その結果は私たちの指や足の指の信じられないほどの複雑さです。」
同研究のシニア著者であり、ヒューマン・セル・アトラスの共同創設者であるウェルカム・サンガー研究所のサラ・タイヒマン博士（Sarah Teichmann, PhD）は次のように述べています。「初めて、私たちは空間と時間での単一細胞解像度まで、四肢発達の驚くべきプロセスを捉えることができました。私たちのヒューマン・セル・アトラスでの作業は、解剖学的に複雑な構造がどのように形成されるかについての私たちの理解を深め、健康なヒトの発達に関連する遺伝的および細胞プロセスを明らかにしています。これには、研究や医療に多くの意味合いがあります。たとえば、筋幹細胞を調節する可能性のある重要な遺伝子MSCおよびPITX1の新しい役割を発見しました。これは、筋肉関連障害や傷害の治療に対する潜在的な可能性を提供するかもしれません。」

[News release] [Nature article]