北海道大学(北大)は2月17日、チェコ・南ボヘミア大学との共同研究により、胚(受精卵)の一部を染色して観察すると、チョウザメの始原生殖細胞「PGC(Primordial germ cells)」はカエルと同様の機構で生み出されることが判明し、一方、この細胞をチョウザメとは異なる発生過程を示すキンギョの胚に移植したところ、キンギョの生殖腺へ移動する能力を持っていたことから、卵や精子の元となる細胞の形成や移動には種を越えた共通性があることが示されたと発表した。

成果は、北大 北方生物圏フィールド科学センター 七飯淡水実験所の山羽悦郎 教授らの国際共同研究チームによるもの。研究の詳細な内容は、日本時間2月6日付けで米オンライン科学誌「PLoS ONE」に掲載された。

世界三大珍味「キャビア」を求めて乱獲されたため、チョウザメ天然魚は世界中で激減し、保護の対象となっているが、チョウザメはいわゆる古代魚、「生きた化石」とされ、進化を解明するうえで重要な材料としても知られている。現在、絶滅危惧種のチョウザメを復活させるため、チョウザメの配偶子(卵や精子)をほかの種で作らせる技術の開発が進められている。そのためには、配偶子の元となる細胞であるPGCの由来を明らかにしなければならないというわけだ。

すべての生殖細胞の元になるPGCは、胚発生の早い段階で胚中に形成される。PGCは将来の生殖腺とは離れた領域で形成され、胚発生を通して生殖腺へと移動する性質を持つ。カエルなどの無尾両生類やゼブラフィッシュなどの魚類では、特定の細胞質(生殖細胞質)を受け継いだ細胞がPGCに分化することが知られているが、PGCが作られる胚の領域はそれぞれの種で大きく異なる。

例えばカエルでは卵黄に富む胚の植物極側でPGCが形成され、ゼブラフィッシュでは胚の動物極側でPGCが形成されるという具合だ。その中間的なパターンを示す動物系統がいるのか、いるとしたらPGCはどのように発生するのか、そうした点はこれまで明らかにはなっていなかった。

今回の研究対象であるチョウザメの胚発生パターンは、カエルによく似ていることが知られている。今回の研究では、生殖細胞質あるいはPGCだけを緑色蛍光で標識するようにデザインされたメッセンジャーRNAを極小のガラス針で発生過程の胚に顕微注入することで、チョウザメ胚のどの領域でPGCが形成され、どのように将来の生殖腺形成部位に移動するかが詳しく調べられた。さらに、PGCの移動機構が生物間で保存されているかどうかを調べるため、緑色蛍光で可視化したチョウザメのPGCを単離してキンギョ胚に移植し、その移動パターンが観察されたのである。

その結果、まず明らかになったのが、チョウザメの生殖細胞はカエル胚と同じく植物極付近に分布しており、PGCはそれを取り込むことで植物極側で形成されるということ。つまり、チョウザメは魚類であるにも関わらず、カエルに似たPGCの形成パターンを示すことが判明したのである。

ところが、生殖腺へと移動中のPGCをチョウザメ胚から取り出しキンギョ胚へと移植すると、チョウザメPGCはキンギョのPGCと同じ経路をたどり、キンギョの生殖腺に定着した。この結果は、見かけ上大きく異なるPGCの発生パターンを持つ遠縁の動物種間であっても、PGCの移動機構が機能的に保存されていることを示しているという。

今回の研究により、その生殖細胞の元になる細胞の発生パターンが生物間でどのように変化するのか、不明であったミッシングリンクの1つが埋められた形だ。しかし、チョウザメはすべての種が絶滅危惧種に指定されている一方で、キャビアの需要は世界的に高まり続けているという現状もある。

その一方で、キャビア(成熟したメスの生殖細胞)の元になる細胞であるPGCの性質や、その細胞がどのように生殖腺を形成するのかはまったく調べられてこなかったのも事実だ。今回の研究はチョウザメの生殖腺が発生する仕組みの基礎的な知見となるだけでなく、将来の生殖コントロールや効率的な養殖生産につながることが期待されるとしている。