ゼブラフィッシュ仔魚の発達障害の根本原因は、中心体喪失と細胞増殖異常にある

核心概念

ゼブラフィッシュの単倍体仔魚では、中心体の喪失と紡錘体の単極化が進行し、それに伴う有糸分裂の異常と細胞死が器官の発達を阻害する。

要約

本研究では、ゼブラフィッシュの単倍体仔魚における発達障害の根本原因を明らかにした。単倍体仔魚では、器官形成期以降に細胞死と有糸分裂の異常が顕著に増加することが分かった。詳細な解析の結果、単倍体仔魚では細胞サイズの減少に伴って中心体の喪失が進行し、その結果、紡錘体の単極化と有糸分裂の異常が引き起こされることが明らかになった。この有糸分裂の異常は、紡錘体checkpoint依存的な有糸分裂停止を誘発し、細胞増殖を阻害していた。さらに、p53の活性化も単倍体仔魚の細胞死に関与していた。一方、有糸分裂の異常や細胞死を抑制すると、単倍体仔魚の器官発達が改善された。以上の結果から、単倍体特有の細胞増殖の異常が、ゼブラフィッシュの単倍体仔魚における発達障害の主要な原因であると結論付けられた。

統計

細胞死マーカーのcleaved caspase-3陽性細胞は単倍体仔魚で著しく増加していた。
単倍体仔魚の p53 発現量は、UV照射による DNA損傷を受けた diploid仔魚よりも高かった。
単倍体仔魚の有糸分裂指数は、diploid仔魚に比べて2-3日齢で有意に高かった。
単倍体仔魚の細胞サイズが35 μm2以下になると、中心体数の減少と紡錘体の単極化が顕著に増加した。

引用

「単倍体特有の細胞増殖の異常が、ゼブラフィッシュの単倍体仔魚における発達障害の主要な原因である」
「単倍体仔魚では、細胞サイズの減少に伴って中心体の喪失が進行し、その結果、紡錘体の単極化と有糸分裂の異常が引き起こされる」

抽出されたキーインサイト

Haploidy-linked cell proliferation defects limit larval growth in Zebrafish

by Yaguchi,K., ... 場所 www.biorxiv.org 05-13-2022

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.05.12.491746v2

深掘り質問

単倍体細胞における中心体の喪失メカニズムはどのようなものか?

単倍体細胞における中心体の喪失メカニズムは、細胞のサイズが特定の閾値以下になると起こるとされています。研究では、単倍体ゼブラフィッシュの場合、細胞が一定のサイズ以下になると、中心体の数が減少し、それに伴ってモノポーラーな紡錘体が形成されることが明らかになっています。このような細胞サイズと中心体数の関連性によって、単倍体細胞では中心体の喪失が起こりやすくなり、それが紡錘体の異常や有糸分裂の停止などの細胞分裂異常を引き起こすと考えられています。

単倍体と二倍体の細胞で、中心体数を維持する仕組みにどのような違いがあるのか?

単倍体と二倍体の細胞で中心体数を維持する仕組みには、重要な違いがあります。二倍体の場合、細胞が一定のサイズ以下になっても中心体数が維持される一方、単倍体の場合は特定の細胞サイズ以下になると中心体の数が減少し、中心体の喪失が起こりやすくなります。この違いにより、単倍体細胞では細胞サイズと中心体数の調整がうまく機能せず、有糸分裂異常や細胞死などの細胞増殖異常が生じやすくなると考えられています。

ゼブラフィッシュ以外の脊椎動物でも、単倍体の発達障害に同様の細胞増殖異常が見られるのか?

ゼブラフィッシュ以外の脊椎動物でも、単倍体の発達障害に同様の細胞増殖異常が見られる可能性があります。研究では、単倍体の脊椎動物においても、細胞のサイズや中心体数の調整に関連した細胞増殖異常が報告されています。したがって、ゼブラフィッシュ以外の脊椎動物においても、単倍体の発達障害に関連した細胞増殖異常が共通して見られる可能性があると考えられます。さらなる研究が必要ですが、このメカニズムが脊椎動物全般に共通している可能性があることは興味深い視点です。