あなたを作った「ミクロの会話」複雑な人体を作る秘密も"メッセージ物質"にあり

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人体(NHKスペシャル)

たった1つの受精卵から数多くの種類の細胞に分かれていく(分化する)仕組みは、細胞同士が情報をやりとりする"メッセージ物質"の働きによるものであることがわかってきました。しかし、臓器を作るにはもう1つ重要な課題があります。それは、臓器としての形を作り、その中で正しく細胞が配置されることです。

1つの受精卵が数多くの細胞になるためには、たくさんの"メッセージ物質"が関わる。

複雑な臓器はどのようにつくられる?

人体の中には、非常に複雑な形を持った臓器がたくさんあります。たとえば、何度も枝分かれして入り組んだ肺の「気管支」、毛細血管が球状になった腎臓の「糸球体」などは、人工的に形を作ろうとしても、なかなかできない複雑さです。いったいどのようにして作られたのでしょうか?最新研究では、2種類以上の細胞が互いにメッセージ物質を"出し合う"ことで、こうした複雑な構造が生み出されることがわかってきました。

胎児肺の気管支・3次元構造。水色の点は気管支の表面にある神経内分泌細胞の分布。神経内分泌細胞は、気管支の損傷治癒(ちゆ)などに関わっている。

(映像:森本充・理化学研究所)

細胞同士の"相談"で気管支の枝分かれができる

九州大学の三浦岳教授は、気管支の枝分かれ構造が生まれる仕組みをコンピューターでシミュレーションしています。気管支の管は、周囲にいる細胞から「管を伸ばせ」というメッセージが出ることで伸びていきます。しかし、この仕組みだけで枝の伸び方をコントロールすることは非常に困難です。そこで、三浦さんは「管の細胞」と「周囲の細胞」が互いにメッセージ物質を出し合う条件にしてみました。すると、非常に単純なルールを与えるだけで、気管支の枝分かれによく似た構造がひとりでに現れたのです。いわば、一方的に「導く」のではなく、互いに「相談する」ことで、複雑な構造でも比較的簡単に作り出せることがわかったのです。

腎臓全体の構造構築へ

熊本大学の西中村隆一教授と太口敦博助教のチームは、実際の細胞を使って複雑な構造ができる仕組みの解明に挑んでいます。注目しているのは人体の中で最も複雑ともいわれる「腎臓」です。すでに糸球体とその先に続く尿細管・集合管などの一部を作り出すことに成功し、いまは腎臓全体の構造を再現しようと研究を進めています。そしてここでも、複雑な構造を作るためのカギは、2種類以上の細胞を接触させ、互いにコミュニケーションさせながら培養することであることがわかっています。

ヒトiPS細胞から作った糸球体と尿細管の構造
(画像:西中村隆一・熊本大学)

肺の気管支で2種類の細胞配置が決まる仕組み

複雑な人体の構造の中に、さまざまな種類の細胞が正しく配置される仕組みにも細胞同士のメッセージのやりとりが深く関わっています。細胞が正しく配置されていることは、私たちが生きていくために非常に重要なことです。たとえば、肺の気管支の内側には「粘液を出す細胞」と「毛でゴミを運ぶ細胞」が規則正しく並んでいます。これらの細胞が絶妙な割合で並んでいないと、気管支に侵入してきた細菌やウイルス、ゴミなどをうまく排出することができなくなってしまうのです。この配置はどうやって決まるのでしょうか?

それを解明したのが理化学研究所の森本充チームリーダーです。気管支ができていく時、伸びていく先端部分には、細胞は1種類しかありません。しかし、先端から少し離れたところになると管の細胞同士の"会話"が始まります。細胞が隣の細胞に「自分とは別の種類の細胞になって!」というメッセージを伝え始めるのです。このメッセージによって、2種類の細胞が交互に並ぶようなパターンが生まれて、最終的には絶妙な配置になっていくことがわかりました。

肺の気管支内部(左)、腎臓の糸球体(右)の電子顕微鏡画像。気管支の緑色の部分が繊毛を持ち異物を外に出す働きをもつ細胞で、紫色は粘液を分泌する細胞。糸球体では血液がこし取られ、尿のもとがつくられる。※ラットで撮影。白黒画像にイメージで色を付けている。
(左画像:甲賀大輔・旭川医科大学/日立ハイテクノロジーズ/NHK、
右画像:甲賀大輔・旭川医科大学/NHK)

このように、受精卵から人体ができるまでのあらゆる場面で、メッセージ物質が大活躍しています。人体は細胞たちがメッセージを出し合い、目には見えない「ミクロの会話」をすることで生まれてくるのです。

この記事は以下の番組から作成しています

  • NHKスペシャル 放送
    NHKスペシャル「人体」第6集 “生命誕生”見えた!母と子 ミクロの会話