ヒドロ虫クラゲクラドネマパシフィカムにおける幹細胞様細胞の蛍光In situハイブリダイゼーションと5-エチニル-2'-デオキシウリジン標識

刺胞動物は、神経と筋肉を持つ動物を含む基本的に分岐した後生動物門と考えられており、動物の発生と生理学の進化を理解するためのユニークな位置にあります^1,2。刺胞動物は2つの主要なグループに分類されます:アントゾア(イソギンチャクやサンゴなど)はプラヌラ幼虫と固着性ポリープステージのみを持っていますが、メドゥソゾア(ヒドロゾア、スタウロゾア、シフォゾア、キュボゾアのメンバー)は通常、遊泳するメデューサ、またはクラゲ、およびプラヌラの幼虫とポリープの形をとります。刺胞動物は一般的に高い再生能力を示し、その根底にある細胞メカニズム、特に成体幹細胞と増殖細胞の所有が大きな注目を集めています^3,4。Hydraで最初に同定されたヒドロ虫幹細胞は、外胚葉上皮細胞間質間質に位置し、一般に間質細胞またはi細胞と呼ばれます³。

ヒドロ虫i細胞は、多能性、広く保存されている幹細胞マーカー(Nanos、Piwi、Vasaなど)の発現、および遊走の可能性3,5,6,7,8を含む共通の特徴を共有しています。機能的な幹細胞として、i細胞はヒドロ虫動物の発生、生理学、環境応答に広く関与しており、その高い再生能力と可塑性を証明しています³。幹細胞は、i細胞と同様に、ヒドロ虫以外では同定されていませんが、確立されたモデル種である線虫でさえ、増殖細胞は依然として体細胞組織および生殖系列の維持と再生に関与しています⁹。刺胞動物の発生と再生に関する研究は、主にヒドラ、ヒドラクチニア、ネマトステラなどのポリープ型動物で行われてきたため、クラゲ種の幹細胞の細胞動態と機能はほとんど取り上げられていません。

ヒドロ虫クラゲ Clytia hemisphaerica は、地中海や北米を含む世界中で異なる生息地を持つ国際的なクラゲ種であり、いくつかの発生および進化研究で実験モデル動物として利用されています¹⁰。サイズが小さく、取り扱いが簡単で卵が大きいため、 Clytia は実験室でのメンテナンスや、最近確立されたトランスジェネシスやノックアウト法などの遺伝ツールの導入に適しており¹¹、クラゲの生物学の根底にある細胞および分子メカニズムの詳細な分析の機会を開きます。 Clytia medusa触手では、i細胞は球根と呼ばれる近位領域に局在し、線虫などの前駆細胞は線虫細胞を含む異なる細胞型に分化しながら遠位先端に移動します¹²。

クラゲの口腔器官であるClytia manubriumの再生中に、生殖腺に存在するNanos1⁺ i細胞は、損傷に応答してマヌブリウムが失われる領域に移動し、マニュブリウム⁷の再生に関与します。これらの知見は、Clytiaのi細胞が、形態形成と再生に関与する機能的な幹細胞としても振る舞うという考えを支持している。しかし、ヒドラやヒドラクチニア³などの代表的なポリープ型動物ではi細胞の性質が異なることから、クラゲ種間で幹細胞の特性や機能が多様化している可能性があります。さらに、Clytiaを除いて、他のクラゲの実験技術は限られており、増殖細胞と幹細胞の詳細な動態は不明です¹³。

ヒドロ虫クラゲCladonema pacificumは、ウォーターポンプやろ過システムなしで実験室環境で保管できる新しいモデル生物です。クラドネマメデューサは、クラドネマ科に共通する特徴である枝分かれした触手と、球根¹⁴近くの外胚葉層に卵子と呼ばれる光受容体器官を持っています。触手分岐プロセスは、触手の軸方向に沿って現れる新しい分岐部位で発生します。時間が経つにつれて、触手は伸びて枝分かれし続け、古い枝は先端¹⁵に向かって押し出されます。さらに、クラドネーマの触手は切断後数日以内に再生する可能性があります。最近の研究では、クラドネーマの触手の分岐と再生における増殖細胞と幹細胞のような細胞の役割が示唆されています^16,17。しかし、従来のin situハイブリダイゼーション(ISH)は、クラドネーマの遺伝子発現を可視化するために利用されてきましたが、分解能が低いため、幹細胞の動態を細胞レベルで詳細に観察することは現在のところ困難です。

この論文では、FISHによってクラドネーマの幹細胞様細胞を可視化し、細胞増殖のマーカーであるEdUと共染色する方法について説明しています¹⁸。幹細胞^{マーカー5,17}であるNanos1の発現パターンをFISHで可視化することで、幹細胞様細胞の分布を1細胞レベルで同定することができます。さらに、Nanos1発現とEdU標識の共染色により、活発に増殖している幹細胞様細胞を区別することができます。幹細胞様細胞と増殖細胞の両方をモニタリングするこの方法は、クラドネーマにおける触手の分岐、組織の恒常性、臓器再生など、幅広い研究分野に適用でき、同様のアプローチは他のクラゲ種にも適用できます。