複合ホヤPolyandrocarpa misakiensisの位置情報と囲鰓腔上皮

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(1)横浜国立大学教育学部. 理科教育実習施設研究報告(4):. (1987). 1-9. 複合ホヤPolyandrocarpa. misakiensisの位置情報と国魚馴室上皮* 種田. Possible. Role. Atrial. of. Positional. the. 保穂** Epithelium. lnformation. Ascidian,. Summary. circular. is. other. two. same. based. are. Induction. of. Therefore,. the. regarded. produced. between. two. strains from. arising. for. of. the the. two. be the. study. has. been. positional. cells. drawn margin. by. the. of. the. was. not. it is. information. information. of. monsters.. The. suggested. that. boundary. epidermal of. the. of. atrial. layers.. fusiorl. the. positional in. of. is. pattern. blastogenic cells. layer. monster. monster. color. of. area.. values.. the. a. such. of. that. between. double-zooid. at. If. strains. spot. epidermal. concerning. with. role. difference. surfaces,. ends.. two. circular. on. gap. large. with. the. information. cells. consistent. in. the. compound. siphons.. the. part. positional. distribution. Possible is. for. posterior. concluded. cut. the. atrial of. pigments. posterior. of. always. that. their. at. boundary. the. strain. instead. red. is responsible. two. spot. and. revealed of. the. in. white. band. the. carrying. strains. brancbial. together. joining. strains,. TherefoIJe,. positional. white. regenerating. line. the. as. can. pattern.. color. of. information. positional. fine. organization. boundary. bc. may. each. posterior. between. with. fused. are. produced,. is. the distribution. on. mainly fragments. anterior. monsters. strain. Anatomical. area.. strains. If two. spotless. different One. side. Compound. **. phenotypically. dorsal. the. of. misakiensis. TANEDA. misakiensis.. on. spot. white. the. at. two. are. Polyandrocarpa. ascidian,. The. There. :. Carrier. a. in the. Polyandrocarpa Yasuho. as. of. zooids the. carrying. cells. concerning. is not. responsible as. epithelium. a. carrier. ascidian.. 動物の発生や再生におけるパターン形成に位置情報が関与しているという理論(wbLPERT 1969,. 1971)が提出されて以来,多くの動物でその存在が示され,またゝ,位置情報を与え. る様々なメカニズムが考えられてきた｡ニワトリの翼芽の発生に閲しそは,頂基軸と前後 *横浜国立大学教育学部理科教育実習施設業績10号 **横浜国立大学教育学部附属理科教育実習施設(Manazuru science. Education,. Faculty. of. Education. Yokohama. Marine. Laboratory. National. for. University. ).

(2) 種田保穂. 軸に関してそれぞれ異なった仮説が考えられている｡頂基軸に関しては,発達域と呼ばれる先端部付近の特殊な場所に細胞がとどまっている時間が細胞に位置を知らせると言われている(SuMMERBELL. et. al,. 1973)｡つまり,細胞分裂によって早く発達域から出てき. た細胞は基部を作り,遅くまで発達域にとどまっていた細胞は先端の構造を作る｡細胞は発達域の中にいる時間の長さを位置の情報として受け取る｡前後軸に関しては,翼芽後縁の極性化域と呼ばれる中藤葉領域から出される物質の勾配が位置の情報を与えると考えられている(TICKLE. et. デル(FRENCHet. al.. al.,1975;SuMMERBELL,1979)｡また,両生類やゴキブリの肢の再生や昆虫の成虫原基では,実体はまだわかっていないが位置情報に基づいた極座標モ ,. 1976. ;BRYANT.et. al.. ,. 1981)によって再生の誘導や過剰肢の形. 成,成虫原基の再生と複製などが見事に説明できる｡複合ホヤPolyandrDCarPa. の芽体発生の際にも前後軸の決定に位置情. misakiensis. 報が関係していることが示されている(KAWAMtJRA, BE,. 1984a,. b. ; KAWAMtTRA. &WATANA-. 1983)｡また同じホヤの再生にも位置情報が関係していることが示唆されている(TA-. NEDA,1985;種臥1986)｡しかし,位置情報はどの細胞が担っているのか,そして位置情報の実体は何か,についてはまだ明らかにされていない｡そこで,位置情報を担っている細胞層がどの細胞層であるかを明らかにするのが本研究の目的である｡ PolyandyocayPa. misakiensisには色彩パターンの異なる2系統が知られている.一方は入水孔と出水孔の間に大きな白斑を有する系統で, という｡もう一方 white sPot は,白斑をもたない系統で, KAWAMtJRA. sPotless. という.この白斑は動かない組織と関連しており. (1984a)はこの両系を用いたキメラ個虫を利用して芽体の予定運命地図を作成. した｡. 本研究では,.まずはじめに,この白斑がどの細胞層と関係しているのかを解剖学的に調べ,次に,両系統の前断片を癒合させて作ったキメラ重複個虫で,白斑に関係した細胞層の分布境界線と,位置情報の境界線と考えられる後端同志を結ぶ線とが一致するかどうかを調べた｡. 材料及び方法材料にはPolyandrocarPa. misakiensisの芽性個虫を用いた｡このホヤの系統は三崎で最初に本種が発見された時の系統(WATANABE 良 ToKIOKA,. SPotless. 1972)で,white. sPotはその後下田で採集された系統である.両系統とも下田臨海実験センター付近の湾内にスライドグラス上に付着させて飼育維持されている｡まずはじめに,両系統め違いはどの細胞層に由来するのかを調べるため､マリンで固定した材料を腹面から解剖して調べた｡. 10%海水ホル. 10%海水ホルマリンで固定した材料を. スライドグラスからはがし,ピンセットと両刃のカミソリで作った微小メスを用いて,腹. 面の被嚢,表皮,及び囲組腔上皮をはがすと,消化管と鯉嚢が認められる｡次にこれらを除去して,背面の囲鯉腔上皮,表皮および被嚢を腹面側から観察した｡さらに背面の囲鯉腔上皮を除去し,表皮と被嚢だけを残し,最後に表皮も除去して,被嚢を観察し,両系統の違いが,囲紙腔上皮,表皮,及び被嚢のどれに関係しているかを調べた｡.

(3) 複合ホヤの位置情報. 図1.. u)kite sPot とsPotlessのキメラ重複個虫を用いてどの細胞層が位置情報を担っているかを調べる実験法を示した模式図LA) white (黒い斑紋)と spot. の個虫の前断片同志を癒合させる｡ (B)約2週間後,癒合面には後端(P) が作られ,後部構造が再生され,重複個虫となる.このキメラ重複個虫で, u)hite spotless. sPotの細胞とできない｡が,. の細胞はどのように分布しているかを直接見ることは. sPotless. (c)それぞれの体側から出芽してきた芽体の表現型を調べることによ. って,親個虫内での両系統の分布境界線を求めることができる. 次に,位置情報をどの細胞層が担っているかを調べる方法を図1に示す｡まず2個の前断片を切断面で癒合させると,. 1-2週間後に癒合面に後部構造が再生されて,いわゆる. 重複個虫が作られることが知られている(TANEDA, 1985 ;種田, この時･後端の作られる場所は･. 1986)0. KAWAMURA(1984a)によると位置価の,ギャップの`. 場所であると考えられているので,後端-後端を結ぶ線がこの重複個虫の位直情報を担っている細胞の境界線であると考えられる｡そこで,. white. sPotとsPotlessミ亨の両系統を. 用いてキメラ重複個虫を作り,キメラ重複個虫内の色彩パターンに関係した細胞の境界線と位置情報を担っている細胞の境界線との関係を調べた｡重複個虫内の両系統の細胞境界. 線は直接見ることはできないが,. KAWAMURA. 析法で調べることができる(図1. C).もし両系統の色彩パターンに関係しそいる細胞層. (1984a)が用いた芽体の表現型による解. が位置情報を担っているならば,両系統の境界線は常に位置情報の境界線である後端を結ぶ線と一致するはずである｡逆にこの両境界線が一致しないならば,両系統の色彩パター. ンに関係している細胞層には形態形成の位置情報が乗っていないことになる｡重複個虫の作り方については種田(1986)に従った｡.

(4) 種田保穂. 4. 結. white. 果. sPotとsPotlessの外部形態を図2に示す｡両系統の色彩的差異は背面の長円. 形の白斑の有無以外にも認められ,. 図2. ･. PolyandrocarPa. sPotlessでは入水孔の内側には約8条の赤い帯が認. misakiensisの二系統. LA)sPotles.s. (B) u'hite. spot. スケールは5m皿. められるが,. white. sPotでは認められない｡. sPotlessに見られる背面の赤い色は,若い. 個虫では顕著ではないが,年をとった個虫では顕著になる｡. white spotに見られる白斑ら,若い個虫では比較的顕著ではないが,年をとったものでは顕著GFあらわれる｡またこ. の違いは必ずしも個虫の大きさとは関係なく,よく成長している元気な個虫では,比較的大きな個虫でも白斑が不明瞭な場合もある｡腹面より順次細胞層を除去し調べてみると,囲鯉腔上皮を除去しても,両系統の違いは残っており,囲鰻腔上皮は色彩の変異に直接には関係しないものと思われる｡白斑の部分やsPotlessの神経節の周辺の囲鯉腔上皮と表皮の間のいわゆるmesenchymal. spaceには白い色素をもった細胞が蓄積しているが, 両系統で分布に顕著な差は認められなかった｡一方,表皮には赤い色素が分布していて, この色素の分布には両系統で著しい差が認められた(図3)｡赤い色素の分布形態には2 種類認められ,一つは細胞の形がはっきりとしているもので,はぼ球形を呈し,表皮の.

(5) 複合ホヤの位置情報. 図3.二系統の表皮の赤い色素額粒の分布パターン LA). (B) white spot (c) Bの拡大それぞれ腹面から細胞層を除去し,表皮と被嚢だ桝こしたものを腹面側より見た写 sPotless. 真.両系統の差は赤色の色素頼粒の分布に基づいているo. (C)ではwhite. 白斑の部分に赤色の色素細胞(矢印)が点在しているのがわかるo bs･入水孔. mesenchymal. as,出水孔. CはO.5mm. スケールはAとBが1m皿,. g,神経節. spotの. space側に付着しているように見える｡他は不定形に広がったものであ. る｡この場合には細胞の形態は認められず,色素類粒が表皮の被嚢側表面に付着していると考えられる｡両系統の顕著な違いは,不定形の赤い色素の分布に基くものセ, では神経節の極く近くまで分布しているのに対し,. white. spotless. spotでは,神経節をとり由ん. で不定形の色素が広い範囲で分布していない場所が認められる｡この部分が白斑をなしている場所である｡高倍率で見ると,この部分にも赤い色素細胞は点在しているのが認められる(図3. C).表皮細胞を除去して被嚢だ桝こしたものでは,両系統の間に顕著な差は. 認められなかった｡両系統のキメラ重複個虫を用いた実験では,いくつかの異なった結果が得られた｡これらの結果は大別すると次の三通りであった｡. (1)後端一後端を結ぶ線(位置情報の境界線). と両系統の境界線がはぼ一致している場合(図4A) の境界線はwhite. sPot側にある場合(図4. B). (2)両境界線は一致せず,位置情報. ■(3)両境界線は一致せず,也置情報の境. 界線はsPotless側にある場合(図4C) また,. sZ)otlessとwhite. sPotの境界線近くから出芽したものの中で,いくつかの個.

(6) 種田保穂. Q. B.

(7) 複合ホヤの位置情報. 虫は白斑が不完全であり,. spotless. 様の入水孔の赤い帯をもっため,両系統のキメラで. あることが認められた｡これらのキメラ個虫にっいて,さらに同様の芽体の表現型の解析を行ってみると殆んどu)hite. spotの組織で占められているものや,逆に,殆んどspot /β∫∫の組織で占められているものが認められた｡. 考. -. 察. 解剖学的研究から,両系統の色彩の違いは白斑をなしている白い色素細胞のちがいに基くのではなく,その上を覆っている赤い色素特に,表皮細胞上の不定形の色素額粒に基づくと考えられる｡白い色素は透過光では黒く見え,おそらくられる｡一方赤い色素はorange. cellに由来すると言われている｡表皮のmesencbymal. space側に見られる赤い色素細胞はこのorange の赤い色素頼粒は,このorange すると,. nephrocyteであろうと考え. cellと思われる｡表皮細胞上の不定形. cellが表皮細胞上で崩壊したものかも知れない｡だと. sPotlessでは神経節の近くまでこの色素細胞が集中し,表皮細胞層上で崩壊す. るのに対し,. white. いるためであろうo. sPot. では神経節の近くの広い範囲で色素の集中と崩壊が抑えられて. いずれにしても,このような分布のちがいは!表皮細胞層と密接な関. 係があると考えられる｡芽体発生の際,後端は常に位置価のギャップの場所に形成される(KAWAMURA,. 1984a)0. この位置価のギャップの場所では細胞分裂が急激に増えるという(KAWAMURA. 良 NAKA. I. 1986)｡これは極座標モデルの考え方,即ち位置価のギャップの場所で細胞分裂が. UCIII,. 活発となり,位置価のギャップをうめるように細胞が間挿されて再生がおこるという考え方(FRENCIl. P. misakiensis al.,1981)と一致する｡断片同志を癒合させた場合,位置価のギャップは癒合面にでき,ここに後端が形成されて et. al.,1976. ; BRYANT. の前. et. 重複個虫が作られることが理解される｡したがって,重複個虫においては,後端を結ぶ線が位置情報を担っている細胞層の境界線である｡今回のキメラ重複個虫を用いた実験から, この位置情報の境界線は,表皮細胞層の境界線と考えられる. u)hite l. sbot. と sPotless･. の境界線とは必ずしも一致しないことが明らかになった｡したがって,位置情報を担っている細胞層として表皮細胞層は不適格である｡残る囲鯉腔上皮が位置情報を担っている可能性が非常に高い｡囲鯉腔壁出芽を行うホヤでは,芽体は表皮と囲鯉腔上皮の二重の嚢状になり,やがて作られる全ての器官は,この囲鯉腔上皮の内嚢から作られる(BERRILL,1940, TT,1953. ;KAWAMURA. &. 1982. WATANABE,. 図4･キメラ重複個虫内のwhite. sPQt. ;. KAWAMURA. P-Pを結ぶ線は両系統の色彩パターンに関係した細胞の分布境界線とはぼ一. P-Pを結ぶ線はwhitesPot側に位置するo矢印は出芽によって作られた重複個虫｡. (c). 1984)｡これ. pは後端を示す｡. 致｡ (B). P-Pを結ぶ線はspotless側に位置する.. ;ABBO-. とsPotlesテの細胞層の分布例破線は両系. 統の色彩パターンに関係した細胞の分布境界線を, (A). 良 NAKAUCHI,. 1941.

(8) 種田保穂. 8. は再生時も同様であることがわかった(種田,未発表)｡では,分化する囲鯉腔上皮自身那,自らの位置を知る情報を持っているのだろうかo. これは一見矛盾するように見えるが,. 昆虫では,キチン質を分泌することによってパターンを作る表皮細胞が位置情報を持っていると考えられており(FRENCHet. 1976;BRYANTet. al.,. 1981),ニワトリ翼芽. al.,. では,骨や筋肉に分化してパターンを作る中経葉が位置情報を持っていると言われている (TICKLE. et. al.. 1975. ,. 1979)｡これらの例からパターン形成で中心的. SuMMERBELL,. ;. 役割を担っている細胞自身が位置情報を担っているのはかならずしも不思議なことではな Botryllus. い｡一方,. schlosseriでは,内臓逆位の群体で,血管出芽によって作られた. 個虫も内臓逆位であることから内臓逆位を決める情報が血管上皮にあると言われている (SABBADIN. et. 1975)｡血管出芽では,血球を集め,パターン形成を行う上で分化. al.,. する血球より血管上皮の方が中心的役割を演じているのかも知れない0 ところで,. P.. misakiensisの位置情報は,前後軸については単純な物質の勾配によっ. て説明できるように思われる｡この勾配を作り出している物質は何だろうか｡そしてまた細胞はどのようにして位置を知り,位置にあった細胞-と分化して行くのだろうか｡. 参 ABBOTT,. D.. P., 1953. HuNTSMAN. N.. BERRILL,. 79. N.. I". S.. BRYANT,. The. 1941. 212. 193 K.,. Dev. KAWAMURA,. the. 61. :. 献 colonial. 1. Metandrocarpa. ascidian. taylori. -78. Symplegma. :. organism. colonial. viride･. Biol･. 良 P.. bud. of the. Biol･ Bull. 80. in Botryllus.. ∫. BRYANT,. 1981. V.. 1976. Distal. regeneration. : 1691184. symmetry･. and. : 99311002.. Ⅴ., P. J. BRYANT Science. 良 S.. BRYANT,. Pattern. in. regulation. fields･. epimorphic. : 9691981.. 1984a :. buds. pa11eal. in. a. of. development. Ⅴ., Ⅴ. FRENCH. KAWAMURA,. Zool.. development. 文. : 272-281.. Science FRENCⅡ,. The. J., 1940. reproduction. Calif. Publ.. Univ.. Bull. BERILL,. Asexual. 考. Biol.. 193. K.,. 1984b. The A. gap. mechanism. anteroposterior. of. of positional. triggers. values. determination. cell. in. formation･. posterior. ascidian. Roux's. Arch･. : 24-35.. Morphogenetic. tissue. during. interactions. posterior. in. commitment l. buds. palleal :. 106 KAWAMURA,. of. M.NAKAUCM,. &. K.. A. K.. of. a. Fac. KAWAMURA,. duds. misakiensis. polystyelid. ascidian,. Sci.. Kochi. Univ.. K.. 良 H.. Dev.. of antero･ 192. 1983 posterior. : 28-36.. Dev･. Localized. D). epithelium. buds. of Univ･. Kochi. and. Polyandrocarpa. WATANABE,. Biol.. Sci･. in ascidians.. 3 (Ser.. atrial. in palleal. Mitosis. 1982. the. of. Fac.. 1986. 'H. WATANABE,. determinationl Arch.. Men.. misakiensis.. of palleal &. Changes. organization. M.NAKAUCHI,. development KAWAMURA,. Polyandrocarpa. ascidian,. 1984. anteroposterior. Poryandrocarpa KAWAMURA,. polystyelid. Biol･. 379-3.88. K.. ment. of the. Dev･. body Biol1. 116. misakilenSis･. 55-69,. The. role. of. during. ascidian,. : 15135･. during. activity. palleal. develop-. morphogenetic. : 39-50.. II A. parental. the. polystyelid. (Ser･D). 5. patterning. morphogenetic. :. polarity. the. during. in the. histological. positional budding. palleal study･. information. bud. Mem･. in. in ascidians･RouxL's. the.

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