「コーディン」の版間の差分

担当編集委員：[https://researchmap.jp/ctx 花嶋 かりな]（早稲田大学 教育・総合科学術院 先進理工学研究科）<br>

　コーディンを発現する背側中胚葉は、それ自体が体軸を形成する脊索へと分化するほか、それに隣接する未分化外胚葉を神経化する活性を持つ。実際に、カエルのアニマルキャップ（マウスでエピブラストに相当する部分）に作用して、細胞を直接（ほかの組織と協働することなく）神経化することが明らかになり、Chdは神経誘導因子の１つと考えられた。chdとほぼ同時期に単離されたnoggin <ref name=Smith1992><pubmed>1339313</pubmed></ref> 、follistatin <ref name=Hemmati-Brivanlou1994><pubmed>8168135</pubmed></ref> と合わせ、３つの分泌因子が「神経誘導因子」と呼ばれることになった。

[[ファイル:Sasai Chordin Fig1.png|サムネイル|'''図1. コーディンの構造と制御'''<br>'''A.''' Chdとsog、Chordin-likeのドメイン構造。SOG以外は分泌因子で、SOGではカルボキシル末端側が細胞外に存在する。SP; シグナルペプチド、TM; 膜貫通領域、CR; システインリッチリピートを表す。ChdのCR1, CR3がBMP4と結合する。Chdl1, Chdl2のCR1, CR3がChdのCR3に最も相同性が高い。<br>'''B.'''Chd、BMP4、Tsg、Xld、Szlの制御関係。Chdを曲線で、BMP（これはADMPでもよい）を青色で、Tsgを赤色でそれぞれ示し、XolloidがChdタンパク質を切断する部位を緑色で示した。Nはアミノ末端、Cはカルボキシル末端を示す。<ref name=DeRobertis2000><pubmed>11252746</pubmed></ref><ref name=Piccolo1997><pubmed>9363949</pubmed></ref>  をもとに作成。]]

Chdは1000アミノ酸弱からなる分泌蛋白質であり、シグナルペプチド、4つのシステインリッチリピート（cysteine-rich repeat）を持つ(図1)。電子顕微鏡を用いた解析によれば、ヒトのChdタンパク質の３次元構造は、馬蹄形をなす<ref name=Troilo2014><pubmed> 25157165 </pubmed></ref>。

　ショウジョウバエでは、short gastrulation（sog）がblastoderm（細胞性胞胚期）の時期に胚の腹側に発現し、Decapentaplegic（dpp）という分泌因子と拮抗して働く <ref name=Biehs1996><pubmed>8918893</pubmed></ref> 。なお、sogは膜貫通ドメインを持ち、細胞膜にアンカーされる。またSogは細胞外ドメインにChd同様のシステインリッチドメインをもつタンパク質をコードし、ショウジョウバエの神経発生を促進する。一方、DPPはそれを抑制する効果があるため、Sog/Dppの関係はChd/BMPの関係に対応している。さらに、ショウジョウバエのsogをコードするmRNAをカエル胚に注入すると２次軸が形成された <ref name=Holley1995><pubmed>7617035</pubmed></ref> 。これらの事実から、ショウジョウバエsog（腹側に発現する）と脊椎動物のChd（背側に発現する）は相同遺伝子であり、背腹軸が逆転して進化したものと考えられた<ref name=DeRobertis1996><pubmed>8598900</pubmed></ref> 。Xolloid/Tolloid <ref name=Clark1999><pubmed>10331975</pubmed></ref>やTsgの相同遺伝子であるTolloidやTwisted Gastrulationもショウジョウバエに存在し、脊椎動物のChdやBMPと同様にSOGやDPPと相互作用する <ref name=Yu2000><pubmed>10769238</pubmed></ref> 。

　Chdと類似したタンパク質をコードする遺伝子として、Chordin-like1（CHRDL1; Ventroptin）<ref name=Sakuta2001><pubmed>11441185</pubmed></ref> とChordin-like2（CHRDL2）が単離された<ref name=Nakayama2004><pubmed>14660436</pubmed></ref> 。これらはChordinに比べていずれも450アミノ酸程度と短いが、3つのシステインリッチリピート（cysteine-rich repeat）を含む領域を持つという意味でChordinと構造的に類似し'''(図1)'''、いずれもBMPのアンタゴニストとして働く <ref name=Nakayama2004><pubmed>14660436</pubmed></ref><ref name=Sakuta2001><pubmed>11441185</pubmed></ref> 。CHRDL1はニワトリ胚では網膜の腹側に発現し、角膜から脳への視神経の投射に影響を及ぼすことが報告されている <ref name=Sakuta2001><pubmed>11441185</pubmed></ref> 。Chrdl1のモルフォリノアンチセンスオリゴを注入したカエル胚では、角膜の巨大化（megalocornea）の表現型が見られ、ヒトでも同様の症状が報告されている<ref name=Pfirrmann2015><pubmed>25712132</pubmed></ref> 。Chrdl2は軟骨細胞、生殖器官の結合組織での発現がみられている <ref name=Nakayama2004><pubmed>14660436</pubmed></ref> 。

 

[[ファイル:Sasai Chordin Fig2.png|サムネイル|'''図2. Chd/BMPによる表皮・神経の遺伝子の誘導'''<br><ref name=Holley1995><pubmed>7617035</pubmed></ref><ref name=Nakayama2004><pubmed>14660436</pubmed></ref><ref name=Larrain2000><pubmed>10648240</pubmed></ref>をもとに作成。]]

　ChdはTGF&beta;スーパーファミリーの１つであるBMP4と拮抗することで機能する <ref name=Sasai1995><pubmed>7630399</pubmed></ref> 。生化学的には、ChdとBMP4は1:2のモル比で直接結合し <ref name=Larrain2000><pubmed>10648240</pubmed></ref> 、BMP4がBMP受容体に結合するのを阻害する。ChdとBMP4の解離定数は0.3 nmol程度と、強固な結合である <ref name=Piccolo1996><pubmed>8752213</pubmed></ref> 。なお、Chdに直接結合する細胞膜受容体は報告されていない。

[[ファイル:Sasai Chordin Fig3.png|サムネイル|'''図3. Chdに結合する、またはChdによって転写制御をうける因子群'''<br>'''A'''背側中胚葉（多くは原口背唇部）と腹側中胚葉に発現する遺伝子群。<br>'''B'''それらの間に存在する制御関係。黒色の矢印はタンパク質間の相互作用を、灰色の矢印は転写制御を示す。<ref name=DeRobertis2004><pubmed>15473842</pubmed></ref><ref name=Ambrosio2008><pubmed>18694564</pubmed></ref><ref name=Plouhinec2009><pubmed>20066084</pubmed></ref> をもとに作成。]]

　Chdを発現するオーガナイザー（背側中胚葉）の大きさ、またオーガナイザーによって誘導される神経板は、体全体と比較して特定の大きさでなければならないため、chd遺伝子やそのタンパク質の発現量や活性は厳密に制御される。この制御を行うための因子（Chdタンパク質を分解するものや修飾するもの）の存在が知られている。現在までに入られている制御因子の一部を'''(図3)'''に示した。

　たとえばXolloid（BMP1）とその近縁遺伝子Xolloid-related（xlr）と呼ばれるメタロプロテアーゼは腹側に発現し、Chdタンパク質を分解する活性を持つ <ref name=Dale2002><pubmed>12464431</pubmed></ref><ref name=Piccolo1997><pubmed>9363949</pubmed></ref> 。この結果BMPタンパク質が解放され、BMPシグナル活性を維持する。これは、背側中胚葉のオーガナイザーが肥大化しないように調節しているメカニズムの１つである <ref name=DeRobertis2001><pubmed>11291846</pubmed></ref> 。

　Twisted Gastrulation（Tsg）と呼ばれる分泌タンパク質がBMP4と結合してTsg-BMP-Chdの複合体を形成してBMP活性を抑制することにより、結果としてChdの活性を保護している <ref name=Chang2001><pubmed>11260717</pubmed></ref><ref name=DeRobertis2000><pubmed>11252746</pubmed></ref> 。ただ一方で、TsgがBMPシグナルを保護するという報告もある<ref name=Xie2005><pubmed>15604098</pubmed></ref> 。この齟齬は実験系（強制発現系による生化学的な解析と変異体解析の違い、種の違いなど）によるものと考えられる。

　Chdが発現する原口背唇部を含む一部を胚から切り出して胚を発生させると、腹側胚は細胞塊を形成するのに対し、背側胚は、腹側を含む完全胚になる。これは、背側中胚葉に腹側中胚葉を誘導する活性が存在することを意味する。ChdはADMPというTGF&beta;タイプの分泌因子の発現を誘導する。ADMPはChdと同じく背側中胚葉に発現するにもかかわらず、それ自体はALK-2受容体に結合してBMPシグナルを刺激（Smad1をリン酸化）し、中胚葉を腹側化する活性を持つ。また、ADMPはBMPと同様にChdと結合し、Chdの活性を阻害する。このように、主にネガティブフィードバックの様式により、Chdを含む背側中胚葉が、胚全体の形成を制御することが示された。さらに、オルファクトメディンタイプ <ref name=Anholt2014><pubmed>25364714</pubmed></ref>  の分泌因子ONT-1がChd、Xlrと複合体を形成してChdの分解を促し、背側中胚葉の大きさを制御する（肥大化しないようにする）ことが明らかになった <ref name=Inomata2008><pubmed>18775317</pubmed></ref> 。

　ほかにも、BAMBI（BMP And Activin Membrane Bound Inhibitor）<ref name=Chen2007><pubmed>17661381</pubmed></ref>  <ref name=Onichtchouk1999><pubmed>10519551</pubmed></ref> やCV2（Crossveinless-2）<ref name=Ikeya2006><pubmed>17035289</pubmed></ref>  <ref name=Ambrosio2008><pubmed>18694564</pubmed></ref> などのようにchdに結合する因子が単離され、機能解析が行われている。このように、Chdの活性を阻害するものと保護するものがChdと結合、あるいは転写レベルで発現して制御関係を形成することにより、背側中胚葉（特にオーガナイザー領域）の大きさを決定している<ref name=Plouhinec2009><pubmed>20066084</pubmed></ref> 。

　哺乳類におけるChdの役割については、特にマウスにおける遺伝子操作動物を用いた機能解析の報告が存在する <ref name=Bachiller2000><pubmed>10688202</pubmed></ref> 。

chd単独のノックアウトマウスは、耳胞の発達や下顎形成に影響が及ぶもののその表現型はマウスの系統依存的であり、いずれも生存は可能である <ref name=Bachiller2000><pubmed>10688202</pubmed></ref><ref name=Choi2009><pubmed>19247433</pubmed></ref> 。したがって、神経発生に関しては他の遺伝子（特にnoggin）によって相補されることが示唆された。そこで、chdとnogginのダブルノックアウトマウスを作成して解析したところ、AVE（前方臓側内胚葉）自体の形成には異常はみられなかったが、頭部神経領域を含む頭部構造の形成が著しく阻害されることが明らかになった。このことは、(1) AVEによる頭部の発生は結節（ノード）の存在に依存していること、(2) 体幹部の発生自体はchordinの存在には依存しないこと、を意味する。