埼玉大学
鳥取大学
情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所
自然科学研究機構 基礎生物学研究所
自然科学研究機構 生命創成探究センター
1 概要
埼玉大学大学院理工学研究科の川村哲規 准教授、中澤秀道 大学院生（同大学院博士後期課程3年）、鳥取大学医学部の阿部玄武 准教授、九州大学高等研究院の裏川浩平 学術研究員（研究当時：鳥取大学大学院博士課程）を中心とする研究グループは、情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所の前野哲輝 技術専門職員、鳥取大学医学部の竹内隆 元教授、松原遼 助教、自然科学研究機構 基礎生物学研究所/生命創成探究センターの東島眞一 教授らとの共同研究により、魚の腹ヒレと四肢動物※1の後肢をつくり始める際に、共通してHox9–10遺伝子群が重要な役割を果たしていることを明らかにしました。
ゼブラフィッシュ※2でHoxA/D9–10遺伝子群を失わせると、腹ヒレのもとになる細胞集団が検出されなくなり、腹ヒレそのものが完全に失われました。さらに、両生類のイベリアトゲイモリ※3でもHox9–10遺伝子群を破壊すると、後肢の形成が大きく損なわれました。これにより、魚の腹ヒレと四肢動物の後肢をつくり始める初期段階で、共通するHox遺伝子※4の仕組みが重要であることが明らかになりました。
今回の成果は、もともと体の後方を決めていたHox9–10の仕組みが、まず腹ヒレの形成に利用され、そこからヒレや手足を複雑な形につくるHoxA/D9–13※5システムへと発展し、さらに前方の胸ヒレへと広がったという進化モデルを支持します（図1）。魚のヒレから私たちの手足へ――その進化を支えた遺伝子システムの源泉が、腹ヒレにあった可能性を示す成果です。
本成果は、米国科学アカデミー紀要『Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS）』に掲載されました。
図1 ヒレから手足へとつながるHox遺伝子システムの進化モデル
腹ヒレが誕生する以前から、Hox9–10に相当する後方Hox遺伝子は体の後方を決めるために働いていました。この古い仕組みがまず腹ヒレの形成に利用され、その後HoxA/D11–13もこの仕組みに組み込まれることで、ヒレを複雑な形につくるHoxA/D9–13システムへと発展したと考えられます。さらに、この仕組みが胸ヒレにも転用され、胸ヒレと腹ヒレに共通するHoxシステムが成立しました。魚から四肢動物が進化する過程で、胸ヒレは前肢へ、腹ヒレは後肢へと進化し、私たちの手足へとつながっていきました。本研究の成果は、手足を複雑な形につくる共通の遺伝子システムの源泉が、腹ヒレにあった可能性を示しています。
２ ポイント
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5億年以上前に現れた初期の脊椎動物は、現在の魚のような胸ヒレや腹ヒレをもっていませんでした。その後の進化で、体の左右に一対ずつある胸ヒレと腹ヒレ（対ヒレ※6）が獲得されました。そして、古代の魚類の一系統から、やがて手足をもつ動物が進化し、胸ヒレと腹ヒレは、私たちの手足へとつながっていきました。
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魚の胸ヒレ・腹ヒレから私たちの手足まで、それぞれの形は大きく異なりますが、その複雑な形をつくるために、HoxA/D9–13という共通の遺伝子システムが使われています。この仕組みはゼブラフィッシュとマウスの両方にみられることから、両者の系統が分かれる以前の共通祖先の段階ですでに成立していたと考えられます。しかし、それよりも前に、この仕組みがどのように生まれたのかは分かっていませんでした。
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今回、ゼブラフィッシュでHoxA/D9–10遺伝子群を失わせると、腹ヒレのもとになる細胞集団が検出されなくなり、腹ヒレそのものが完全に失われることを発見しました。
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さらに、両生類のイベリアトゲイモリでもHox9–10遺伝子群を破壊すると、後肢の形成が大きく損なわれました。このことから、魚の腹ヒレと四肢動物の後肢をつくり始める段階で、共通するHox9–10の仕組みが使われていることが明らかになりました。
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これらの結果は、もともと体の後方の位置を決めるために働いていたHox9–10の仕組みが、まず腹ヒレの形成に利用され、その後HoxA/D11–13もこの仕組みに組み込まれることで、ヒレや手足を複雑な形につくるHoxA/D9–13システムへと発展し、さらにこの仕組みが前方の胸ヒレへと転用されたという進化モデルを支持します（図1）。
