鳥類の皮膚外植片を用いた組織パターン形成と器官形成の研究

鳥類の胚の皮膚発生は、明確なパターンとマイクロサージェリーおよび操作へのアクセスのしやすさから、形態形成のメカニズムを研究するための優れたモデルです^1,2。しかし、無傷の組織における細胞イベントや分子イベントの評価は、外部組織の存在が顕微鏡観察を複雑にする可能性があるため、困難な場合があります。さらに、遺伝子発現を操作して皮膚の形態形成における遺伝子の役割を検証する能力は、必ずしも簡単な作業ではありません。私たちは、レトロウイルス形質導入を使用して遺伝子機能をテストでき、皮膚外植片モデルを使用してより高い成功率でテストできることを発見しました。ここでは、開発された3つのスキンエクスプラントモデルの利点について説明します。

鳥類胚性皮膚培養は、皮膚の羽芽発生中の細胞の挙動、遺伝子調節、および機能を評価するための強力なシステムです3,4,5,6。これにより、培地に配置された成長因子の全球的な添加または成長因子でコーティングされたビーズからの局所的な放出を通じて、羽芽発生の分子メカニズムの評価が可能になります。発生制御遺伝子は、特定の形態形成イベントにおけるそれらの役割を評価する機能研究のために、無傷またはドミナントネガティブ型のウイルス遺伝子導入を使用して操作することもできます^7,8。

鳥類の上皮間葉組換え培養 により、研究者は皮膚形態形成の初期段階における各皮膚成分の寄与を判断できます。Rawlesによるこのアプローチの使用により、間葉と上皮との間の相互作用が皮膚付属器の形成に不可欠であることが明らかになった⁹。間葉は凝縮を形成する可能性があり、上皮は間葉系凝縮形成を誘導および維持するために必要です²。その後、このアプローチは、 スケールレス ニワトリが羽毛を形成できない理由を評価するために使用されました。この欠陥は間葉¹⁰にあることが発見されました。Dhouaillyは、異なる種の胚で組織上皮間葉系組換え研究を実施しました。これらの研究は、皮膚の形態形成を促進する上皮間葉系コミュニケーションに関する発生的および進化的洞察を提供しました³。

この研究は、羽毛の成長を制御する要因をよりよく理解するために使用されました。また、この手法は、羽毛の開始、発生、および前後軸に沿った伸長中に起こる皮膚のパターン形成に関与する細胞および分子イベントの可視化を改善します。上皮が間葉から分離され、2つの成分が再結合されると、新しい相互作用が皮膚のパターンを再確立します。このアプローチにより、間葉系誘導シグナルと、表皮が間葉系シグナルに応答することを可能にする上皮能力分子を評価することができる¹¹。また、羽芽の発達やパターン形成に必要なその後の下流の分子発現も調べることができます。これらの研究により、芽の位置は間葉によって制御されていることが確立されました。間葉と組換える前の上皮90^° の回転は、羽芽の伸びの方向が上皮によって制御されていることを示しています。この方法は、羽芽の向きを制御する分子機構を研究するために不可欠でした¹²。

鳥類の皮膚再構成培養は、皮膚間葉を解離させてから高細胞密度でプレーティングし、無傷の上皮で覆うもので、真皮細胞を原始状態にリセットします。その後、外植片は自己組織化して、前の手がかり¹³から独立した新しい周期パターンを形成する。この皮膚再構成モデルは、羽毛の周期的パターン形成の初期過程を研究するために使用できます。このアプローチを使用して、間葉系細胞と1つの上皮細胞の比率を調節することが、羽芽のサイズまたは数にどのように影響するかを調査しました。芽の数は増加することがわかりましたが、間葉系細胞の比率が増加するにつれて芽のサイズは増加しないことがわかりました。このアプローチのもう一つの利点は、間葉系細胞のウイルス形質導入が他の2つの培養条件よりも高い効率を示し、より明白な表現型を産生できることです。