心臓と肺の共同発達に共通の幹細胞は、生命の適応を説明します

2013年7月23日火曜日-今週のジャーナル「Nature」に掲載された新しい記事で、米国ペンシルベニア大学のPerelman医学部のチームは、肺血管系、接続する血管、肺がない場合でも、肺への心臓が発達します。 肺の発達が抑制されているマウスには肺血管が残っており、心臓前駆細胞、または幹細胞が心肺の共同発達に不可欠であることを研究者に明らかにしました。
地球上の生命への適応の進化は、循環器系と肺系の共同開発が水以外の生命への最近の進化的適応、すなわち、肺のガス交換の機能を備えた心臓の機能、哺乳類で発達した最も最近の器官の1つであり、間違いなく地上生物にとって最も重要です。
これらの2つのシステムの細胞の協調した成熟は、2つの器官が並行して発達して心肺循環を形成するときに、肺の原始前駆細胞が原始心臓前駆細胞に突出する胚発生中に示されます。 ただし、同時発生を誘導する分子シグナルと、両臓器の共通前駆細胞が肺高血圧などの関連疾患の病理にどのように影響するかについてはほとんど知られていない。
ペンのチームは、エドワードE.モリゼイ医学および細胞および発生生物学の教授であり、ペン再生医療研究所の科学ディレクターであり、多能性心肺中胚葉前駆細胞の集団を特定しました。よく研究されたシグナル伝達分子Wnt2の発現による他の初期胚細胞。
「これらの前駆細胞は心臓と肺を生成することができるのだろうか-Morrisey氏は言う-私たちのデータは、肺の発生前に陽性のWnt2細胞が存在することを示し、両方の組織。」
肺がどのように発達し、心血管系に接続するかという問題は、長年にわたりMorriseyの研究チームを魅了してきました。 「ほとんどの陸生動物の解剖学を研究した人なら誰でも、心臓と肺が密接に関連していることは非常に明白です。これは、ペレルマン医学部を含む多くの場所で、心血管医学の部門はかつて心肺医学の部門として知られていた」とMorriseyは言います。
Morriseyの研究室は、いくつかの簡単な質問をすることから研究を開始しました。肺と心臓はどのように共同開発し、このプロセスを調節する重要なシグナルは何ですか この研究の突破口は、チームがWnt2遺伝子の発現パターンを特徴づけたときでした。
「Wnt2は、初期胚のユニークな場所、正確には心臓の始まりと腸管の間にあり、そこから肺が発生します」とこの科学者は言いました。 これにより、著者はマウスのモデルシステムを作成することができ、そのモデルの心肺解剖学は人間のものと非常に似ており、Wnt2陽性細胞が心臓と肺の共同発達を調整できるかどうかを調査しました。
この細胞系統を追跡することにより、彼らは、Wnt2細胞が個々のクローンを生成し、さらに心筋細胞や血管平滑筋などの血管細胞を含む心臓と肺の両方の組織を生成することを示しました。 したがって、彼らは、CPPが心臓と肺の初期胚細胞型の大部分を生成できることを発見しました。 これらの研究はまた、肺の異なる細胞系統が関連していること、例えば、血管平滑筋と気道が肺に共通の前駆細胞を持っていることを示しました。
CPPの発生は、肺血管系の心臓への適切な接続に必要な「ヘッジホッグ」と呼ばれる別のよく知られているタンパク質の発現によって調節されています。 これらの研究は、初期の肺前駆細胞によっても発現される「ハリネズミ」が、CPPが肺血管系の平滑筋成分に分化するのを促進することを示しています。
これらの発見は、地球の存在への適応に必要な心臓と肺の共同発達を調整する強力な複数の心肺前駆細胞の新しい集団を特定します。 さらに、肺高血圧症が主に肺疾患であるかどうか、または心臓または心血管系に内因性欠陥があるかどうかは不明であるため、肺高血圧症など、両方の臓器に影響を及ぼす疾患にも重要な意味を持っています。
CPPの特定は、両方の臓器の共通の前駆細胞を特定することにより、肺高血圧症およびその他の疾患に関する重要なデータを提供できます。 今後の研究では、CPPが成人の心肺系に存在するかどうか、およびCPPが損傷や病気に対する肺と心臓の反応に役割を果たすかどうかに焦点を当てます。
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