第1部発生の開設 |
1.発生の概説 3 |
発生学の基本的間題 4 |
不等価な細胞分裂は発生の中心的命題である 4 |
細胞系譜と細胞を取巻く環境が細胞運命に影響を与える 5 |
胚のすべての細胞が遺伝学的に同じであるという仮定は正しい 6 |
器官の再生には細胞の再分化がかかわることが多い 9 |
組織が異なってもDNAの塩基配列は変わらない 9 |
発生生物学の探求 12 |
この教科書は3部で構成されている 12 |
発生学は繰返しながら学ぶ学問である 13 |
ボックス1・1細胞のコミュニケーション 6 |
ボックス1・2継換えDNA技術(クローニング) 10 |
ボックス1・3核酸プローブ 14 |
2.配偶子形成・受精・細胞系譜の追跡 17 |
卵形成 17 |
雌性配偶子は卵巣でつくられる 17 |
卵形成の特徴は大規模な成長である 18 |
卵形成は減数分裂を伴う 18 |
卵は高度に組織化されている 20 |
精子形成 21 |
雄性配偶子は精巣で形成される 21 |
精子形成で流線形の細胞が生じる 22 |
受精 22 |
受精は二つの異なる重要な結果をもたらす 22 |
雌雄両配偶子は受精で活性化する 23 |
卵の活性化には表層がかかわる 25 |
卵細胞膜タンパク質の機能変化が卵を活性化する 25 |
カルシウムイオン放出は卵活性化に必須である 26 |
受精は貯蔵mRNAタンパク質合成を活性化する 28 |
複数の機構で多精受精を防ぐ 29 |
細胞系譜の追跡 29 |
細胞系譜の追跡は発生を理解するために不可欠である 29 |
卵割は急速な細胞分裂を行う期問である 31 |
ボックス2・1Gタンパク質のシグナル伝達経路 27 |
第Ⅱ部動物の初期発生 |
3.ショウジョウバエの卵形成と初期発生 37 |
胚発生 37 |
卵形成は胚発生の前奏曲である 37 |
受精と核分裂によって胚発生が始まる 39 |
細胞性胞胚は組織化されている 40 |
原腸形成は表面にある細胞集団の内部への移動である 44 |
胚は分節化する 45 |
胚のパターン形成 47 |
卵内に局在する決定因子が細胞運命を定める 47 |
ショウジョウバエ母性効果突然変異はモルフォゲンが原因である 48 |
前部で働くモルフォゲンはBicoidである 49 |
後部パターンはNanosの濃度によって決まる 50 |
卵末端部のモルフォゲンはTorsoである 51 |
背腹方向を組織化するモルフォゲンはDorsalである 52 |
炉胞細胞のパターン形成によって卵母細胞がパターン化される 52 |
ボックス3・1発生遺伝学 41 |
ボックス3・2胚葉 46 |
4.両生類の発生 55 |
配偶子形成 56 |
卵原細胞の成熟が積み重ねられて卵が形成される 56 |
リボソームRNA遺伝子は一過的に増幅される 57 |
第一減数分裂はプロゲステロンの制御下で完了する 59 |
カエルの精子形成では4個の精細胞がつくられる 60 |
受精と初期発生 60 |
卵の左右相称性は受精がもたらす 60 |
表層回転と植物極の微小管平行配向 61 |
卵割期には細胞がさかんにつくられる 62 |
中期胞胚変移期に大規模な変化が起こる 62 |
胞胚後期には領域特性が明確になる 64 |
胞胚の植物半球の細胞が動物半球の細胞を誘導して中胚葉を形成させる 65 |
原腸形成,胚葉,そして器官形成 66 |
原腸形成は大規模な細胞集団の移動を伴う 66 |
ボトル細胞が陥入して巻き込みを先導する 66 |
原腸形成により3胚葉が形成される 68 |
背側中胚葉が背側外胚葉を誘導して神経を形成させる 68 |
中胚葉と内胚葉は多くの器官をつくる 71 |
これらのすべてが本当に必要なのか 71 |
ボックス4・1リボソームの形成と構造 58 |
ボックス4・2細胞生物学で用いられる胚 60 |
5.羊膜類の発生 74 |
鳥類における卵形成と初期発生 74 |
鳥類の配偶子形成は雌輸卵管の特殊化がかかわる 74 |
産卵直後のニワトリ卵には見えない体軸がある 76 |
明域は2層構造をなす 77 |
胚盤葉下層は胚盤葉上層の構造に影響を与えるか 77 |
鳥類における原腸形成 78 |
羊膜類ではすべての胚葉が胚盤葉上層に由来する 78 |
原条の前端は特殊化している 79 |
ヘンゼン結節は体軸を組織化し,中枢神経系を誘導する 80 |
原腸形成の結果として脊椎動物体軸の原型が形成される 81 |
鳥類胚の胚体外膜は4種類の胚性嚢状構造から構成される 82 |
哺乳類の初期発生 83 |
哺乳類での卵形成,受精,卵割には輸卵管の特殊化がかかわる 83 |
卵割の結果生じる胚盤胞は子宮の内膜に着床する 84 |
シグナル伝達経路はドミナントネガティブを利用すると解明できる 86 |
内部細胞塊の形成は哺乳類胚に特有の戦略である 87 |
奇妙な形態を示すマウス胚 87 |
胚盤葉上層が胚葉を生み出す 87 |
哺乳類の適応 89 |
原腸形成の終了時点では哺乳類胚の形態は鳥類胚と類似しているが,胚体外膜には違いがみられる 89 |
栄養芽層は胎盤形成に関与する 89 |
マウス胚の操作 90 |
異形質マウスを用いた初期胚の細胞動力学の研究 90 |
胞胚腔に注入された細胞もキメラを形成することが可能でありこれがトランスジェニックマウス作製の基礎となる 91 |
第Ⅲ部脊椎動物の器官形成 |
6.脊椎動物における外胚葉派生物の発生 97 |
神経板 97 |
外胚葉は神経系と皮膚の発生の源である 97 |
神経板は外胚葉の誘導により生じる 98 |
初期神経板の組織化 100 |
成長因子SonicHedgehogの局所拡散による神経板および神経管の背腹パターン形成 101 |
神経冠 103 |
神経冠は多能性と遊走性をもつ細胞の集団である 103 |
神経冠細胞の分化は大部分位置によって決定される 105 |
神経系成長の制御 106 |
神経管中の細胞増殖は厳密に調節される 106 |
ニューロン集団の大きさは末梢標的の大きさに左右される 107 |
中枢神経系の細胞数はおそらくアポトーシスの阻害により制御されている 107 |
ニューロンは神経成長因子によって影響を受ける 108 |
中枢神経系の領域分化 109 |
神経系は分節的に組織化される 109 |
眼は問脳から発生する 111 |
眼杯はレンズを誘導するのか 113 |
眼形成にはエグゼクテイブ遺伝子が必要である 113 |
外胚葉性プラコードは脳の発生に貢献する 114 |
脳胞は領域分化をとげる 115 |
外皮 117 |
表皮構造は外胚葉から発生する 117 |
ボックス6・1神経系の細胞 104 |
ボックス6・2幹細胞 110 |
ボックス6・3ハエとカエルにおける眼の形成 116 |
7.脊椎動物における中胚葉と内胚葉派生物の発生 120 |
背側中胚葉 120 |
中胚葉は原腸形成の問に運命決定がなされる 120 |
運命決定は実験によって規定される 120 |
背側中胚葉は脊索と体節を形成する 124 |
体節は前方から順次生じる 124 |
体節は多能性である 125 |
体節中の細胞間相互作用 126 |
横紋筋はシンシチウムとして分化する 127 |
硬節は後に骨となる軸性軟骨を形成する 129 |
体節の真皮節の部分は真皮を形成する 131 |
側板中胚葉 132 |
腎臓と生殖腺は体節の側方に位置する中胚葉から派生する 132 |
生殖腺は腎節と関連して形成される 134 |
側板中胚葉は多分化能をもつ 134 |
血管系の発生 137 |
造血(血球形成)は段階的に生じる 137 |
赤血球形成の主要部位は発生過程で変化する 137 |
心臓は葡方内臓板中胚葉で形成される 139 |
血管と心臓の解剖学的配置は広範囲のリモデリングによって生じる 139 |
肢の発生 141 |
肢は胴部の体壁板中胚葉から発生する 141 |
肢の筋肉は筋節を起原とする 142 |
肢の伸長と組織化は組織間相互作用から生じる 142 |
内胚葉性器官 143 |
内胚葉は原腸形成前と原腸形成問に徐々に決定される 143 |
内胚葉は消化器系およびそれと関連する器官を派生する 143 |
咽頭部分は多くの重要な器官を形成する 144 |
肺は腸の予定食道領域から派生する 145 |
肝臓と膵臓は胃と十二指腸の内胚葉から形成される 145 |
消化管の内胚葉の上皮は分化する 146 |
後の章へのイントロダクション 146 |
器官形成に関するこの概略は発生機構を議論するための基盤となる 146 |
ボックス7・1遺伝子発現の検出 122 |
ボックス7・2ホヤの発生 130 |
ボックス7・3性の決定 136 |
8.変態 149 |
昆虫の変態 149 |
脱皮は昆虫の成長において必要不可欠な要素である 149 |
神経分泌物の回路により昆虫の脱皮は促進される 151 |
昆虫の脱皮はエクジソンの産生によってひき起こされる 152 |
昆虫の成体組織は成虫原基から発生する 153 |
エクジソンは直接的に転写に影響して作用する 154 |
昆虫の変態の調節には多くの因子の相互作用が必要である 155 |
両生類の変態 155 |
多くの両生類の生活環には変態が含まれる 155 |
カエルの変態は甲状腺ホルモンによりなされる 156 |
プロラクチンは甲状腺ホルモンの一部の作用を中和する 157 |
甲状腺ホルモンの作用は組織特異的である 158 |
両生類変態のタイミングは部分的にホルモンの量により制御される 159 |
ホルモン受容体も変態を制御する 159 |
他の動物群の変態 160 |
幼生発生は広範に存在する 160 |
第IV部植物の発生 |
9.植物の分裂組織 165 |
茎頂分裂組織 166 |
特徴的な構造をもつ分裂組織 166 |
分裂組織が器官の配置(葉序)を決定する 167 |
葉の形成には細胞伸長が重要である 171 |
頂芽優性は腋生分裂組織の発生に影響を与える 172 |
分裂組織は向背軸を確立する 172 |
根端分裂組織 175 |
根端分裂組織は放射パターンを形成する 176 |
側根分裂組織は分化した細胞から形成される 177 |
ボックス9・1シロイヌナズナ 170 |
ボックス9・2トウモロコシの進化に関与する遺伝子し 173 |
10.植物の生殖 179 |
花芽分裂組織と花序分裂組織 179 |
日長により制御される花成 180 |
花芽分裂組織から形成される花器官 181 |
ウォールに形成される花器官 183 |
世代交代:植物における一倍体-二倍体生活環 186 |
配偶体世代の簡略化がみられる顕花植脚 186 |
種子形成における重複受精 186 |
胚形成 189 |
ある植物種の初期の胚形成は,高度に調節された細胞分裂により制御されている 190 |
植物の胚形成に性は必要ない 190 |
茎頂分裂組織は胚で形成される 191 |
ボックス10・1植物への遺伝子導入 182 |
11.植物における綱胞の分化とシグナル伝達 195 |
細胞の分化 195 |
根毛,トライコーム,および気孔は表皮細胞から分化する 195 |
細胞分裂を伴わない管状要素分化 198 |
植物の細胞間シグナル伝達 200 |
細胞壁を介した植物細胞間シグナル伝達 200 |
植物細胞は受容体型キナーゼを通じてシグナル伝達する 202 |
植物発生におけるホルモンの制御機構 205 |
植物ホルモンであるオーキシンは極性輸送する 206 |
植物ホルモンであるサイトカイニンは細胞分裂を誘導する 206 |
植物ホルモンであるジベレリンは植物の成長に影響を与える 209 |
植物ホルモンであるアブシジン酸は種子の休眠において主要な役割を果たす 209 |
ブラシノステロイドは植物で見つかった動物ホルモンと類似したものである 210 |
エチレンは果実の成熟に関与する気体状ホルモンである 210 |
植物の光応答 211 |
第Ⅴ部形態形成 |
12.細胞の結合,環境,および行動 217 |
聞充織と細胞外基質 217 |
間充織細胞は複雑な細胞外基質中に存在する 217 |
コラーゲンは細胞外基質の主要タンパク質である 218 |
ラミニンは基底膜にみられる 219 |
フィブロネクチンは細胞外基質では一般的な分子である 220 |
プロテオグリカンは基質に存在する特殊なタンパク質と多糖類の集合体である 220 |
植物の細胞壁はセルロースとアミロペクチンの集合体である 221 |
特別な膜内在性タンパク質は基質分子と細胞内タンパク質の両者に結合する 222 |
上皮細胞と結合装置 224 |
上皮細胞は特異的な装置によって結合されている 224 |
間充織と上皮の両方において受容体分子も膜内在性タンパク質として存在する 225 |
Gタンパク質結合型受容体は発生に重要である 226 |
受容体,リガンド,細胞内シグナル伝達系は発生の調節に重要である 226 |
細胞接着 227 |
細胞と細胞,細胞と基質の接着は形態形成で重要である 227 |
何種類もの特異的細胞接着分子が存在する 227 |
細胞接着分子の機能は細胞の働きと関連して解析される 229 |
形態形成作戦 231 |
形態形成には8種類の基本的運動がある 231 |
細胞運動性と突出する活性は基質への接着を含んでいる 231 |
細胞の形の変化は形態の決定に重要である 231 |
細胞増殖の速度は組織の形に影響する 233 |
細胞分裂面は形態形成に影響する 234 |
細胞接着は形態形成に重要である 234 |
形態形成における原因と結果 235 |
細胞機能の阻害剤を用いた実験は有用であるが解釈はむずかしい 235 |
13.組織問相互作用と形態形成 238 |
運動行動の変化 238 |
始原生殖細胞の到達には受容体型チロシンキナーゼが関与する 238 |
神経冠細胞の移動はいくつかの因子によって制御されている 239 |
神経冠細胞の移動はエフリンに感受性である 240 |
成長円錐の活動が神経突起の伸長をもたらす 241 |
細胞間,あるいは細胞と基質の相互作用が神経突起の伸長方向を決めるのに役立つ 242 |
ネトリンは化学誘引物質として作用する 243 |
セマフォリンは化学反発物質の大きなファミリーである 244 |
網膜と視蓋の接続の一部はエフリンによる 245 |
上皮-間充織相互作用 247 |
肢の成長は組織間の相互作用を必要とする 247 |
肺と唾液腺における分枝形態形成は組織間相互作用を必要とする 248 |
腎臓の形態形成は組織間相互作用の複雑な回路を必要とする 249 |
原腸形成再考 251 |
ウニの原腸形成は多くの細胞行動の変化を含んでいる 251 |
アフリカツメガエルの原腸形成も複数の要素からなるプロセスである 254 |
収束伸長が巻込み運動を進める 256 |
フィブロネクチンは巻込み運動をしている細胞の移動を助ける 256 |
ショウジョウバエのいくつかの突然変異体では原腸形成が阻害される 258 |
ボックス13・1ウニの発生 252 |
第Ⅵ部遺伝子の発現調節 |
14.発生における遺伝子の発現調節 263 |
転写調節 264 |
クロマチンは転写の場である 264 |
DNAのメチル化がクロマチンを不活性に保つ 265 |
メチル化によるゲノムインプリンテイング 265 |
RNAポリメラーゼ機能における基本転写因子の役割 266 |
活性化因子と抑制因子が転写開始を調節する 267 |
マイクロプロセッサーのように働くウニ胚endo16遺伝子転写調節配列 269 |
複雑な遠位調節エレメントによるβグロビン遺伝子ファミリーの転写調節 270 |
翻訳調節 272 |
翻訳以前に転写後調節が必要である 272 |
発生過程におけるmRNAの多様な翻訳調節機構 273 |
卵形成過程で蓄えられたmRNAの翻訳調節 273 |
mRNAのマスクとポリ(A)付加 274 |
細胞内の特定の部位に局在するmRNA 274 |
NanosmRNAは局在化mRNAの一例である 274 |
翻訳後調節 276 |
発生制御に重要なタンパク質修飾 276 |
Hedgehogリガンドは翻訳後修飾を受ける 276 |
エステル化によるHedgehogの拡散制限 277 |
脊椎動物の発生に重要なSonicHedgehogの拡散 277 |
ツメガエル初期発生における局在リガンドVg1のプロセシングと活性化 278 |
タンパク質の巨大複合体形成による遺伝子発現調節 278 |
骨格筋分化にみるタンパク質間相互作用の重要性 279 |
分子と細胞の代謝回転による遺伝子発現の転写後調節 280 |
ボックス14・1転写調節の解析に用いられるレポーター遺伝子 266 |
ボックス14・2ゲノミクスとマイクロアレイ 272 |
15.発生における調節ネットワークⅠ:ショウジョウバエとその他の無脊椎動物 283 |
不等価な細胞の形成 283 |
発生制御のネットワークは複雑である 283 |
酵母の非対称分裂から得られる手がかり 284 |
線虫初期胚の非対称分裂は細胞問シグナル伝達による 285 |
神経芽細胞と感覚器官前駆細胞は細胞骨格を手がかりに非対称分裂する 287 |
抑制性の細胞問シグナルは発生の一般的メカニズムである 288 |
非対称性を生むしくみは複雑だが広く利用されている 289 |
ショウジョウバエの体節形成 290 |
モルフォゲンがひき起こす選択的遺伝子発現 290 |
ギャップ遺伝子が七つのストライプ状の領域を確立する 292 |
ギャップ遺伝子によって活性化されるペアルール遺伝子が7本のストライプをつくる 294 |
ペアルール遺伝子の調節領域は複雑である 295 |
eve遺伝子は活性化と抑制の両方の制御を受ける 296 |
セグメントポラリティー遺伝子が7本のストライプをさらに分割する 297 |
セグメントポラリティー遺伝子発現領域が継続的な擬体節の区切りの目印となる 300 |
自身がかかわる細胞間シグナル伝達でengrailedの発現が持続される 300 |
ホメオティック遺伝子と擬体節のアイデンティティー 301 |
バイソラックス複合体が胸部と腹部体節のアイデンティティーを決定する 301 |
アンテナペディア複合体は前方の体節のアイデンティティーを制御する 303 |
他のホメオティック遺伝子が頭部と後部の構造を決定する 303 |
ホメオテイック遺伝子はどのように機能するのか 304 |
翅のパターン形成 306 |
翅の発生は細胞問相互作用によって制御される 306 |
前後方向(A/P)のパターン形成は細胞問シグナル伝達に依存する 306 |
翅の背腹(D/V)区画のパターン形成も細胞問相互作用によって制御される 307 |
胚はどのように場所に応じた器官形成パターンをつくるのか 310 |
ボックス15・1ショウジョウバエ体軸極性の確立の要約 291 |
ボックス15・2遺伝子間相互作用を調べる方法 298 |
16.発生における調節ネットワークⅡ:脊椎動物 313 |
シグナル伝達と発生 314 |
カエルはハエではない 314 |
シグナル伝達分子や転写因子ドメインの多くは事実上すべての動物でみられる 316 |
ニューコープセンターについての再検討 317 |
ニューコープセンターは背側構造誘導センターである 317 |
siamois遺伝子はニューコープセンター活性を示す信頼すべき指標である 318 |
転写因子遺伝子vegTも胚葉の分化にかかわる 319 |
シュペーマンオーガナイザーの再検討 320 |
シュペーマンオーガナイザーはニューコープセンターの作用の結果として生じる 320 |
シュペーマンオーガナイザーの遺伝子発現は特徴的であり,多数のリガンドを分泌する 320 |
シュペーマンオーガナイザーは神経誘導センターである 321 |
シュペ一マンオーガナイザーは神経系の前後軸に沿ったパターン形成をもたらす 321 |
シュペーマンオーガナイザーは中胚葉の背側化も行う 323 |
腹側化因子と背側化因子の拮抗作用が中胚葉のパターン形成をもたらす 325 |
モルフォゲン 326 |
モルフォゲンは位置情報にかかわっている 326 |
BMPとアクチビンはモルフォゲンである 327 |
左右軸に沿った胚体のパターン形成にもシグナル伝達経路がかかわる 329 |
羊膜類のHOX遺伝子 330 |
羊膜類の胚は似ているが異なる調節ネットワークを用いる 330 |
ホメオティック遺伝子はショウジョウバエと同様に脊椎動物にも存在する 331 |
HOX遺伝子はセレクター遺伝子として働く 332 |
肢の発生におけるシグナル 333 |
肢の発生ではHOX遺伝子とシグナル伝達経路が重要な役割を果たす 333 |
肢芽の位置決定はおそらく複数の因子により制御されている 334 |
背腹に沿った構築はD/V区画の境界を介して行われる 334 |
前後軸に沿ったパターン形成はSonicHedgehogにより制御される 335 |
P/Dパターン形成には外胚葉と中胚葉が必要である 337 |
HOX遺伝子が肢の分化を制御する 337 |
ボックス16・1ゼブラフィッシュ 314 |
17.発生と進化 341 |
発生と進化 341 |
発生の原則は存在するのだろうか 341 |
発生の研究と進化の研究の間には密接な関係が存在する 341 |
発生と進化の問の関連性は分子生物学と遺伝学によって支持されてきた 342 |
遺伝子およびネットワークの保存 342 |
発生において重要な遺伝子の多くは保存されている 342 |
有用なモチーフは保存されている 343 |
シグナル伝達経路全体は保存されている 344 |
HOM/HOX複合体は部分的に保存されたセレクター遺伝子の例である 346 |
Ubx加遺伝子はチョウの翅形成の調節を助ける 346 |
脊椎動物はHOX遺伝子の発現を変化させてきた 348 |
ヘビの肢の有無はHOX遺伝子の発現に関係している 349 |
門特異的な段階 350 |
門特異的な段階は多くの動物門で原腸形成後に存在する 350 |
脊索動物門における門特異的な段階は咽頭胚である 350 |
咽頭胚期までの発生は全く異なる経路を通る 351 |
咽頭胚期の後の発生は幅広い多様性を生む 352 |
シグナル伝達経路の多様化 352 |
脊椎動物の肢は門特異的段階後の多様性の例である 352 |
シグナル伝達経路はさまざまな動物群において新しい役割を選ぶかもしれない 354 |
シグナル伝達経路自体も変化しうる 355 |
幼生と進化 355 |
多くの動物は幼生から間接的に発生する 355 |
ウニ類のHOX遺伝子は取っておかれる細胞で発現している 357 |
おそらく,直接発生と間接発生との関連はさほど複雑ではない 357 |
相対的な発生過程のタイミングの変化は,生物間の劇的な差異を生み出す可能性がある 358 |
新奇性 358 |
ボディプランの根本的な変化のいくつかはそれほど複雑ではないかもしれない 358 |
調節機構の保存性はときにはみせかけだけである 359 |
神経冠は脊椎動物における発明である 359 |
発生戦略は生物の新奇性を生み出す 360 |
ボックス17・1HOXクラスター 347 |
章末間題の解答 363 |
掲載図出典 369 |
欧文索引 371 |
和文索引 379 |