「コーディン」の版間の差分

{{box|text=　コーディンは、脊椎動物の発生において形成体（オーガナイザー、原口背唇部）に発現し、神経誘導活性を持つ分泌因子である。<u>（編集部コメント：抄録は1段落程度の長さでお願いいたします。）</u>}}

　1924年、ドイツの生物学者ハンス・シュペーマンと、オットー・マンゴールドは、イモリ胚の一部分を別の胚に移植することにより、胚に2次軸（脊索を含む背側中胚葉）が形成されることを見出し、この部分を「形成体（organizer）」と名付けた。この部分からは誘導因子（移植した組織から分泌され、移植された胚に作用する因子）が分泌されることが予想されたが、その分子実体は長年明らかにされていなかった <ref name=DeRobertis2006><pubmed>16482093</pubmed></ref><ref name=Sander2001><pubmed>11291840</pubmed></ref> 。

　1990年代になって分子生物学的手法、特に遺伝子のクローニング技術が発達したことにより、微小または特定の組織に高い発現量を持つ遺伝子の単離が可能になった。この技術を利用して、カリフォルニア大学・ロサンゼルス校のエドワード・デロバティス教授と笹井芳樹博士は、オーガナイザー領域に発現量が蓄積されている遺伝子単離するためのディファレンシャルスクリーン<ref group=脚注>ディファレンシャルスクリーン：特定の組織で発現する遺伝子を単離する方法の１つ。特定の（発現を期待する）組織と対照となる組織からそれぞれRNAを抽出し、さらにそこから放射性同位元素などでラベルしたcDNAを合成し、これをプローブとしてcDNAライブラリーを用いてスクリーニングを行う。発現を期待する組織で強いシグナルを発出する遺伝子が目的の遺伝子である。chdの単離では、「塩化リチウムで処理されて全体が背側化した胚」と「紫外線照射により全体が腹側化した胚」のそれぞれからcDNAが合成され、cDNAライブラリーとハイブリダイズさせたときに「オーガナイザー領域」のプローブのみで強くハイブリするものが網羅的に探索された。<br>　現在ではマイクロアレイやmRNAシーケンス法を用いることが多い。</ref>を行い、強い２次軸誘導活性をもつ遺伝子を単離した。この遺伝子は分泌因子をコードし、4つのシステイン繰り返し領域（cysteine-rich domain; CRD）を持つもので、コーディン chordin（chd）と名付けられた。

　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、コーディンは神経誘導因子の１つと考えられた。コーディンとほぼ同時期に単離されたノギン <ref name=Smith1992><pubmed>1339313</pubmed></ref> 、フォリスタチン<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.''' コーディンと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。コーディンのCR1, CR3がBMP4と結合する。Chdl1, Chdl2のCR1, CR3がコーディンのCR3に最も相同性が高い。<br>'''B.'''コーディン、BMP4、Tsg、Xld、Szlの制御関係。コーディンを曲線で、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がコーディン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。]]

　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コーディン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の関係はコーディン/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）と脊椎動物のコーディン（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、脊椎動物のコーディンやBMPと同様にSOGやDPPと相互作用する <ref name=Yu2000><pubmed>10769238</pubmed></ref> 。

　コーディン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> 。

　アフリカツメガエルにおいては、原腸形成期に原口背唇部（シュペーマンオーガナイザー）に発現が開始する。原腸形成後は、プレコーダルプレート（prechordal plate; 頭部中胚葉領域）、脊索（notochord）を含む背側中胚葉領域に発現し、その後、尾芽（tailbud）に限局するようになる<ref name=sasai1994><pubmed>8001117</pubmed></ref>。

　マウスやニワトリでは、同じく原腸形成期から原始原条（anterior primitive streak）、結節, node や軸中内胚葉（axial mesendoderm）に<ref name= Streit1998><pubmed> 9425145 </pubmed></ref><ref name=Bachiller2000 />、またマウスの発生後期では、大腿骨、肋骨、椎骨などの骨格系に発現が見られる<ref name=Scott2000><pubmed> 10767089</pubmed></ref>。

　BMPシグナルはSmadシグナルを活性化して表皮のマーカーであるFoxi1 <ref name=Matsuo-Takasaki2005><pubmed>16079156</pubmed></ref> 、Grainyhead-like-1（Grhl1） <ref name=Tao2005><pubmed>15705857</pubmed></ref> などの転写因子を誘導し、細胞を表皮化する。一方、BMPシグナルが遮断されるとZic1, Sox2 <ref name=Mizuseki1998><pubmed>9435279</pubmed></ref> やXlPOU2 <ref name=Matsuo-Takasaki1999><pubmed>10559482</pubmed></ref> などの、神経系特異的な転写因子の発現が誘導され、細胞が神経化し、背側外胚葉領域に神経板が形成される。「BMPシグナルを遮断する」ことがどのように神経化の遺伝子発現を誘導するのかは明らかではないが、おそらくBMPシグナルによって発現誘導される表皮化遺伝子が神経化遺伝子の発現を抑制しており、コーディンによってBMPシグナルがブロックされ、ZicやXlPOU2の遺伝子が発現するのだろうと考えられている <ref name=Lee2014><pubmed>25234468</pubmed></ref>('''図2''') 。

　コーディン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、コーディン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（コーディン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、コーディン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> 。

　Sizzled（szl）はWntの受容体Frizzledの細胞外ドメインのみを持つsFRPタイプ分泌性因子をコードするが <ref name=Lee2006><pubmed>16413488</pubmed></ref> 、これ自体はWnt8の阻害因子としては働かず <ref name=Collavin2003><pubmed>12506010</pubmed></ref> 、Xolloidを分解して活性を阻害することにより、結果的にChordinの活性を維持する <ref name=Lee2006><pubmed>16413488</pubmed></ref><ref name=Muraoka2006><pubmed>16518392</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> などのようにコーディン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、コーディンの活性を阻害するものと保護するものがコーディンと結合、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> 。

　また、Chordin、Noggin、Follistatinの3つの因子を同時に発現阻害した胚においては、神経誘導はもちろんのこと、背側組織の発生が大きく阻害された <ref name=Khokha2005><pubmed>15737935</pubmed></ref> 。

　コーディン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、コーディンと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。

　マウスでは頭部と体幹部の発生は別の細胞集団によって制御される。頭部の発生はAVE（anterior visceral endoderm; 前方臓側内胚葉）<ref name=Stower2014><pubmed>25349454</pubmed></ref> によって誘導される一方、体幹部は結節（ノード）とanterior primitive streak（APS; 原条）によって別々に誘導される。Chordin（と、それと同様の機能を持つNoggin）は原条には発現するがAVEには発現しないため、AVEの発生が結節に依存するのか、独立に発生するのかは議論があった。このノックアウトマウスの解析により、AVEの機能（頭部神経を誘導する機能）が結節に依存することが明らかになった。

　マウスのTolloid-like-1（Tll1）のノックアウトマウスが心臓の中隔形成に異常をきたし、胚性致死となる <ref name=Clark1999><pubmed>10331975</pubmed></ref><ref name=Ge2006><pubmed>16622848</pubmed></ref> 。