Transmembrane aminopeptidase Q (Taqpep) is a common mechanism in the establishment of periodic patterning in skin and intestine

あなたの体を、活気ある一つの都市だと想像してみてください。この都市には、全く異なる二つの街区があります。一つは「皮膚」です。これは広大で平坦な公園のような場所で、そこには木々（毛包）が完璧に、均等な間隔の格子状に植えられる必要があります。もう一つは「腸」です。これは長くうねったトンネルのような場所で、そこでは警備員（神経細胞）が、交通の流れをスムーズに保つために、整然としたリズムの列を作って立っていなければなりません。

長い間、科学者たちは、皮膚の公園にある木々を整理する「現場監督」は、腸のトンネルに警備員を並べる人物とは全くの別人であると考えてきました。しかし、この新しい研究は、彼らは実は同じ監督であり、その名前はTaqpepであることを示唆しています。

「斑点のある猫」という手がかり

物語は猫から始まります。あなたは、整然とした渦巻き模様の縞模様を持つトラ猫を見たことがあるでしょう。しかし、中には縞模様が乱れていたり、塊になっていたり、あるいは完全に欠落していたりする、「斑点のある」あるいは「マーブル模様の」コートを持つ猫もいます。科学者たちは、これらの猫がTaqpep遺伝子の壊れたバージョンを持っていることを発見しました。実は、Taqpepこそが、皮膚に対して「よし、縞模様はここに、スペースはあそこに配置しろ」と命じるボスなのです。

ここで大きな疑問が生じました。この同じボスが、腸の中の神経細胞を整理するために姿を現すのか、それともそれは全く別の仕事なのでしょうか？

探偵の仕事：監督を見つけ出す

スタンフォード大学のチームを中心とする研究者たちは、マウスの体の中で探偵役を務めることにしました。彼らは、Taqpepが腸を整理するために適切な場所、適切な時間に存在しているかどうかを調べようとしました。

彼らは、Taqpepが発達中のマウスの腸内に確かに存在することを発見しました。しかし、ここにはひねりがあります。それは神経細胞の中にいるのではなく、腸管の外側を包み込む薄い層である「漿膜（しょうまく）」に住んでいるのです。これは、建物の外側の足場に立つ監督が、中の作業員に向かって指示を叫んでいるようなものです。

極めて重要なことに、論文は、神経の縞模様が形成され始める直前に、この外層にTapkanが現れることを示しています。それは、縞模様の「設計図」が描かれているまさにその瞬間にそこに存在するのです。

実験：監督を壊す

この監督が本当に必要かどうかを確認するために、科学者たちはCRISPRというツールを使用して、マウスの中でTaqpep遺伝子の「壊れた」バージョンを作り出しました。彼らは、機能的なTaqpepを全く生成できないマウスを作製したのです。

皮膚はどうなったか？
斑点のある猫と同様に、変異マウスの毛包も乱れていました。整然とした、均等に間隔を空けた点ではなく、初期の毛の芽は塊になったり、大きさが不揃いになったり、間隔が不規則になったりしていました。論文は、Taqpepがないと、皮膚のパターンがめちゃくちゃになることを裏付けています。

腸はどうなったか？
これが大きな発見でした。変異マウスでは、腸の神経の縞模様も壊れていました。

• 朗報： 神経細胞の総数に変化はありませんでした。「警備員」は全員まだそこにいました。
• 悲報： その間隔が混沌としていました。通常のマウスでは、神経の縞の間隔は非常に一定しています（主に200から300ミクロンの間）。しかし、変異マウスでは、縞が近すぎたり（100ミクロン未満）、逆に離れすぎていたり（400ミクロン超）しました。

論文は、マウスに他の大きな問題がなかったことを明確に否定しています。彼らの腸の長さは正常なマウスと同じであり、筋肉の壁の厚さも同じでした。壊れていたのは、神経の「パターン」だけでした。

どのように機能するのか？（Wntとの接続）

では、腸の外側にいるタンパク質が、どのようにして中の神経に立つ場所を教えるのでしょうか？論文は、Wntと呼ばれる化学信号を通じて機能していることを示唆しています。

Wntを、組織の中に広がる「立ち入り禁止」または「こちらへ来い」という信号だと考えてください。通常のマウスでは、Taqpepがこれらの「波紋」を管理し、それらが完璧なリズムを作るのを助けています。変異マウスでは、神経細胞がこれらのWnt信号に対して「反応しすぎている」ことが論文で判明しました。著者らは、Taqpepが信号を制御する役割を果たさないと、波紋が乱れ、神経の縞が塊になったり、ランダムに広がったりすると示唆しています。

これが意味すること（そして意味しないこと）

論文は、Taqpepが「共通かつ保存された媒介物」であると結論づけています。これは、猫の毛であれ、マウスの毛であれ、腸の神経であれ、自然がパターンを作り出すために使用する普遍的な道具であることを意味します。

しかし、著者らは以下の点に注意を促しています。

• 正確なメカニズムは不明： 彼らは、TaqpepがWnt信号がどれくらい遠くまで伝わるかを制御するために、信号を切り刻む「ハサミ」のように機能している可能性があると示唆していますが、どのように切るのかという正確な仕組みまでは証明していません。
• 形が重要である： 論文は、皮膚は平ら（2D）であるため、パターンは点のグリッドのように見えると説明しています。腸は管状（1D）であるため、パターンは縞模様のように見えます。同じ壊れた監督が、建設現場の形状が異なるために、異なる見た目の混乱を引き起こすのです。
• まだ治療法ではない： このパターンは、腸の一部に神経が欠如するヒルシュプルング病に少し似ていますが、論文は、これが新しい治療法であるとか、これらのマウスがその疾患を持っていると主張しているわけではありません。単に、「スキップ・レジョン（パターンの空白部分）」が似ていると言っているだけです。

要約すると、この研究は、Taqpepという同じ遺伝子が、おそらく化学信号のボリュームを調整することによって、皮膚と腸の両方におけるパターンのマスター・オーガナイザー（総括的な組織者）として機能していることを示唆しています。遺伝子が壊れると、リズムが壊れ、体の美しいパターンは混沌とした混乱へと変わってしまうのです。