なぜ人間の臓器は非対称なのでしょうか？細胞のキラリティーが答えを与えるかもしれない

私たちの体は左右ほぼ対称に見えるのに、臓器はなぜ対称ではないのでしょうか?

キャサリン・オフォード

コンピレーション |冀州

突然の逆戻り：偶然細胞キラリティー研究の分野に足を踏み入れる

時計は2009年のある日に戻ります。科学者のレオ・ワンは顕微鏡を使って培養したマウスの細胞を観察しています。観察していくうちに、彼はマウスの細胞が「ねじれている」かのように何かおかしいことに気づいた。これらの細胞の名前は筋芽細胞です。名前の通り、筋肉を生成することができ、筋肉細胞の前身となります。彼が培養した何百もの筋肉形成細胞がマイクロチップ上で成長した。チップに細胞を接種する際、ワン・クンはマイクロパターニング技術を使用します。この技術で処理された細胞は培養表面に付着し、研究者が事前に設計した非常に規則的なパターンまたはデザインに従って成長します。（訳者注：この技術は、細胞形態の制御や移動行動などの重要な生理学的プロセスを調査するために使用できます。）

図 1. 腫瘍細胞は異なる幅の線状領域で増殖します |ソース
https://www.4dcell.com/cell-culture-systems/micropatterns/

コロンビア大学での博士研究員時代、ワン・クンはこの技術の完成に全力を注ぎました。彼は、細長いセルがチップの長辺に沿って配置されると予想していました。しかし彼はサイエンティスト誌に対し、細胞がわずかに左に引っ張られているように見えると語った。

ワン・クンの記憶によれば、彼は当初、それは単なる偶然だと思っていた。しかし、その後もこの現象は繰り返し起こり、細胞はほぼ常に同じ方向に傾くようになりました。メンターであるバイオエンジニアリングの専門家ゴルダナ・ヴニャク・ノヴァコビッチ氏と話し合った後、彼らは全員一致で、彼の研究の方向性を調整し、彼が見た特殊な現象に焦点を当てることに決めた。

ワン・クン氏は、長方形のチップとリング状のチップの2種類のチップに筋芽細胞を播種し、2つのチップ上の細胞の傾きとねじれのデータを測定した。リング状のチップ上で細胞を成長させると、細胞は円の方向に成長し続けます。彼は、細胞が他の方向ではなく特定の方向に整列する原因となる、ある種の細胞固有の偏りを捉えたのではないかと推測した。細胞は時折右（つまり時計回り）に偏向したり、明らかな偏向が見られなかったりしましたが、80% 以上の時間は左（つまり反時計回り）に偏向しました。

図 2. 細胞の「ドーナツ」: マウスの筋肉細胞はリング状のパターンを形成し、反時計回りのキラリティーを示す (写真提供: Wan Qun)

さらに研究を進め、この固有の偏りは細胞ごとに異なるようで、「一部の細胞は時計回りで、一部の細胞は反時計回り」であることがわかったとき、彼はこの推測にさらに確信を持つようになりました。たとえば、マウスの筋芽細胞と同様に、人間の筋肉細胞は反時計回りの偏りを持っています。彼のチームはこの現象を2011年に米国科学アカデミー紀要（PNAS）に掲載された論文で報告した[1]。この記事の中で、皮膚、心臓、骨の細胞を含む多くの細胞は時計回りに曲がる傾向があるとも述べられています。皮膚がん細胞は例外で、反時計回りに曲がる傾向があり、これはまだがん化していない正常な皮膚細胞と正反対です。ワン・クン氏は現在、ニューヨークのレンセラー工科大学で研究を行っています。当時の彼にとって、この発見は、あまり知られていなかった動物生物学の分野、つまり細胞キラリティーを知るきっかけとなった。これはあまり理解されていない現象です。過去数十年にわたり、さまざまな細胞におけるこの現象を記録した研究者はほんの一握りしかいません。

キラリティー - よくある現象だが原因は不明

広義では、キラリティーは空間的に非対称な物体の特性です。物体をどのように回転させても、その鏡像と完全に重ね合わせることができない場合、その物体にはキラリティーがあるといいます。この見解によれば、非対称の物体は、それぞれ時計回りまたは反時計回りの回転に対応して、右利きまたは左利きとして分類できます。キラリティーを明確に説明するのは難しい場合もありますが、この特徴は生物学では非常に一般的であり、キラリティーは分子から生物全体まであらゆるものに存在できます。例えば、DNA などの生体高分子によって形成されるらせんは、自然にキラル構造を持ちます (訳者注: DNA のらせんは主に右巻きのらせん)。アミノ酸は、複雑な三次元構造を形成するときに左利きになることもあります。研究者たちは現在、分子のキラリティーがその機能を決定する上で重要な役割を果たしていることを知っています。さらに、生物はキラル形態を選択する際に非常にこだわりがあります。多くの分子では左利き型と右利き型が同時に存在できますが、ほとんどすべての生物は、例外なく、合成および代謝プロセスにおいて左利き型のアミノ酸と右利き型の糖を選択します。

図 3. 左: キラル物体とアキラル物体の模式図 (Khan Academy オンラインコースの図を変更)。右: DNA 二重らせんのキラリティーの模式図。

キラリティーはマクロスケールでも一般的です。外見上は対称的であるように見える生物であっても、その体面にはキラリティーがあります。人間を例に挙げてみましょう。頭からつま先まで、また後ろから前まで、2 つの体の軸は明らかに非対称です。そして、3番目の体の軸、つまり左から右にかけても、人体は非対称です。人間の正常な発達の過程では、主要な臓器のほとんどは最終的には体の中心軸の片側に位置するようになります。たとえば、肝臓は右側、胃は常に左側、心臓はわずかに左側にあります。キラリティーは臓器自体にも見られます。たとえば、心臓は左右で構造的に非対称であり、他の 2 つの体軸に関しても非対称です。これらの非対称パターンが人間の発達の過程で崩れると、左右対称性の異常につながる可能性があります。

例えば、内臓の左右の位置が、普通の人とは全く逆になっている人もいます。通常右側にある臓器が左側に現れ、その逆も同様です。すべての臓器が正常な位置の反対側にある場合、この現象を全内臓逆位と呼びます（図 4）。人口の中でこれが起こる確率は約 1 万分の 1 です。臓器間の相対的な位置関係は変化していないため、この状況は必ずしも身体に有害というわけではありません。しかし、左心症（心臓以外のすべての臓器が反対側にずれている）、右心症（心臓だけが反対側にある）、または疑心暗鬼（ずれた臓器とずれていない臓器が混在している）など、特定の臓器だけがずれている場合は、ずれた臓器が他の臓器と適切に機能できないため、患者は心臓病などの医学的症状を経験することがよくあります。

図 4. 正常な臓器（左）と内臓逆位（右） |ソースから変更:
https://www.istockphoto.com/vector/human-internal-organs-system-people-body-internal-organs-illustration-anatomy-organ-gm1329503303-413211534

同様の非対称の発達異常は動物界でも発生します。例えば、過去数年にわたり、ノッティンガム大学の研究者らは、オオイシガイ（Lymnaea stagnalis）の殻の螺旋の方向を追跡してきました。研究者らは、このカタツムリの殻の螺旋はほとんどの場合右巻きだが、左巻きの螺旋もいくつか見つかることを発見した。彼らは現在、この現象の背後にある遺伝的根拠を調査している[2]。

タフツ大学のマイケル・レビン氏はワン氏の2011年の論文の編集者だった。レビン氏は、体レベルでの非対称性がどのように形成されるかは動物の発達の分野における長年の謎であり、その中でも左右の体軸は理解と研究が最も難しいと述べた。上下軸と前後軸には、重力に従う、動物や極性細胞の動きや移動の方向を示すなど、明確な実用的な意味があります。しかし、比較すると左右の軸には明らかな意味はありません。「もし宇宙人に説明しようとして、『えーと、私の左手は…』と言ったら、問題は『左』が何を意味するかだ。これは本当に答えるのが難しい質問だ」とレビン氏は語った。

個々の細胞にもキラリティーがあり、上下および前後の非対称性に加えて、細胞は左右軸に沿っても非対称です。ワン・クン氏らにとって、個々の細胞レベルでのキラリティーは、動物の体の非対称性の謎を解く上で重要な要素である。現在、単一細胞キラリティー現象は広く解明されています。たとえば、よく知られている繊毛虫であるゾウリムシは、泳ぐときに左に螺旋を描く傾向があります。また、免疫細胞の移動を研究するために使用される細胞株である好中球も、動きにおいて左方向への偏りを示しています。ワン・クンは、「キラル優先性を持つ細胞には一定の共通性がある」と考えている。彼とレビン氏を含む彼の同僚たちは、この現象はこれまで見過ごされてきた分子の非対称性と臓器や組織の非対称性との間の機械的なつながりを明らかにするものだと考えている。

「私にとって、人間の右利きのような大型生物の左右対称の行動を研究することから、個々の細胞の左右対称の行動を研究することへの移行は自然な流れでした。」レビン氏は 1990 年代から、細胞のキラリティーと体の非対称性に関する仮説について熟考してきました。彼の考えは、発生生物学の分野における既存の「科学的コンセンサス」の一部としばしば矛盾している。しかし彼は、細胞のキラリティーと体の非対称性は、異なる規模で起こっている同じ現象にすぎないと信じている。

討論: 複数の研究グループが細胞キラリティーを確立するメカニズムを研究

ワン・クンが左偏向細胞の研究を始めてから間もなく、地球の反対側にあるシンガポール国立大学メカノバイオロジー研究所のアレクサンダー・ベルシャツキー研究室で、ポスドクのイー・ハン・ティーが別の顕微鏡パターン形成技術を適用して、細胞がどのように内部構造を形成するかを研究し始めた。彼女が研究している内部構造は、ミクロフィラメント細胞骨格と呼ばれ、細胞の成長、移動、細胞内輸送にとって重要な媒体です。ティー氏は、個々の線維芽細胞を粘着性物質の微細な「島」の上に広げ、細長い細胞が丸い形に成長するように「強制」しました。その後数時間にわたって、彼女は顕微鏡を使って各細胞内の細胞骨格形成の過程を記録した。「ある日ティーが私のところに来て、これらの細胞が非常に興味深い動きをしている、具体的には細胞が内部で回転しているのだと言いました」とアレクサンダー・ベルシャツキーは回想する。

彼らは蛍光標識技術を使用して個々の微小繊維の動きを追跡し、2つの繊維グループが細胞内で反時計回りの渦巻き運動パターンを形成しているように見えることを発見しました[3]。最初のタイプは、いわゆる放射状繊維で、細胞の端から細胞の中心に向かって内側に成長し、自転車の車輪のスポークに似たパターンを形成します。もう 1 つのタイプは横断繊維で、複数の点で放射繊維に接続し、放射繊維が細胞の中心に向かって移動するにつれて徐々に同心円を形成します。繊維は当初、規則的な放射状対称パターンで配置されていましたが、細胞が配置されてからわずか 3 時間後には、「スポーク」が傾き始め、構造全体が細胞の中心の周りを渦巻き始めました。最終的に、約 11 時間後、繊維は渦を巻くのをやめて伸び、細胞の直径とほぼ平行になったように見えました。

図5. 細胞骨格形成中の回転現象。細胞内でキラリティーが確立される可能性のある方法の 1 つは、細胞骨格を構成する微小フィラメントの自発的な組織化によるものです。細胞骨格が確立されてから最初の数時間では、これら 2 種類の繊維は放射状に対称的なパターンを形成していました (図 5 左)。しかし、3 時間後には放射状の繊維が傾き始め、横方向の繊維が軌道から外れて渦巻きパターンが誘発されました (図 5 中央)。約11時間後、渦巻きパターンは直線パターンに変わり、繊維は細胞の主軸に沿って配列されました（図5右）。

イラストレーション：© スコット・レイトンデータはNAT CELL BIOL、17:445–57、2015から。

細胞骨格がキラリティーを持つという発見は新しいものではないが、Bershadsky、Teeらは2015年の研究論文[3]で、細胞内の分子が実験的手段を通じて自発的にキラリティーを形成するという初期の視覚的証拠を示し、またコンピューターシミュレーションを使用して細胞骨格の渦巻きパターンを再現した。このメカニズムをさらに調査するために、研究者らは、マイクロフィラメント関連タンパク質を阻害する小分子薬も使用し、薬物治療によって細胞骨格が本来のキラルバイアスを失い、反対方向に渦巻き始めることも発見した。他の研究グループもこのメカニズムを研究しています。数年前、ゼブラフィッシュのメラノサイトを研究していた日本の科学者たちは、マイクロフィラメントの組み立てを阻害する物質が培養条件下で細胞が反時計回りに回転する傾向を阻害できると報告した[4]。

図 6 細胞骨格渦の 2 つの状態 - 反時計回り (左) と時計回り (右)。参考文献[3]より

マイクロフィラメント自体は、右巻きのらせんを形成するキラル分子です。そのため、ベルシャツキー、レビンらは、微小フィラメントの分子構造が細胞の非対称性の確立に中心的な役割を果たしていると疑った。「マイクロフィラメントとそのらせん状の非対称性がキラリティーを生み出すというのが私たちの見解です」とベルシャツキー氏は語った。このメカニズムがどのように機能するかはまだ不明だが、マイクロフィラメントの分子構造が、マイクロフィラメントが機械的な力に反応する方法や、細胞内の他のタンパク質と相互作用する方法に影響を与える可能性があると彼は付け加えた。

実際、細胞骨格の構成要素はマイクロフィラメントだけではありません。微小管も細胞骨格の一部です。いくつかの研究室では微小管の役割についても研究しています。微小管は微小フィラメントよりも硬くて太く、小胞輸送などの特定の細胞内プロセスにおいて大きな役割を果たします。細胞のキラリティーに関する初期の研究では、研究者らは好中球を微小管の組み立てを妨げる薬剤で処理し、これらの細胞はまだ移動できるものの、左に偏った運動パターンを示さなくなったことを発見した[5]。数年後、レビン氏とその同僚は同様の現象を発見した。好中球様細胞でチューブリン（微小管を構成するタンパク質）をノックアウトすると、細胞の非対称性が完全に消失したのだ。

しかし、細胞のキラリティーを確立する上でのマイクロフィラメントと微小管の重要性については意見が分かれています。ベルシャツキー氏は、実験では微小管がマイクロフィラメントに沿って渦巻くのを観察したが、微小管の機能を破壊しても渦巻くプロセスは妨げられず、渦巻く方向にも影響はなかったと述べた。メラノサイトを研究している日本の研究グループも、微小管阻害剤が実際に細胞の回転を強めるだろうと述べている。レビンの研究グループは、微小管に加えて、マイクロフィラメント関連タンパク質も研究しています。彼は、微小フィラメントと微小管の両方が細胞のキラリティーの確立に関与している可能性があると考えています。「どちらにも確固たる証拠があるので、どちらか一方を選ぶ必要はない」

さまざまな要因が生物のマクロスケールでどのようにキラリティーを生み出すのかをより深く理解するために、研究者たちは自然条件をよりよく模倣した実験環境で細胞のキラリティーを観察しようと試みてきました。例えば、Wan Qunらは、胚発生環境をより良く再現し、上皮細胞によって形成された微小球の回転挙動を検出することができる3次元マイクロパターニング技術を開発しました（Wan Qunは、細胞キラリティー研究の分野でマイクロパターニング技術に関連する特許の発明者の一人でもあります）。[6]研究チームは、ほとんどのマイクロスフィアが反時計回りに回転することを発見したが、薬剤がマイクロフィラメントの集合を阻害すると、スイッチが押されたかのように、ほとんどのマイクロスフィアが時計回りに回転し始めた。

ワン氏のチームはまた、細胞内の細胞小器官の分布を分析するなど、視覚的特徴に基づいて細胞のキラリティーを識別する方法も開発しており、これが動物の生体内観察実験への道を開くことを期待している。最近の論文[7]では、核と中心体の相対的な位置に基づいた新しい方法が紹介されています。移動する細胞では、核は移動方向の後端に留まる傾向があるのに対し、中心体（細胞分裂中の内部活動の中心で、核の外側の細胞質内に位置する）は前端に近いことが多いため、彼らは核と中心体の間に仮想の線を引き、この仮想の線に対する細胞の重心の位置を記録しました。この新しい観察方法を用いて、研究チームは、内皮細胞の重心が前後軸の右側に現れる傾向があることを観察した。内皮細胞は右（時計回り）に偏向する傾向があることは以前から知られており、観察結果は既知のキラリティーと一致していることを示しています。これは、彼らが開発した戦略によって細胞のキラリティーを大まかに決定できることを示唆しています。

ワン・クン他また、凝集後の複数のキラル細胞の挙動も研究しました。たとえば、胚では、いくつかの移動細胞が集まってグループになったり、渦を巻いて特定の器官を形成したりします。このような研究は、科学者が動物の発達における細胞のキラリティーの重要性を判断し、関連する論争を解決するのに役立つ可能性があります。

小さなものから大きなものまで：動物の体の非対称性におけるキラリティーの役割

21 世紀初頭までに、脊椎動物の胚発生における左右非対称性のパズルの重要なピースが解けました。頭尾軸と背腹軸が確立された後、胚の腹側に沿ったいくつかの細胞がその端に繊毛と呼ばれる小さな絨毛構造を集め、それが拍動することで左方向の流体の流れを作り出しました。この体液の流れは、左右軸上の細胞の相対位置における非対称な遺伝子発現を引き起こし、最終的に体を左右に分割します。遺伝子ノックアウト実験により、繊毛の組み立てに必要なタンパク質（繊毛の組み立てに必要な原材料を微小管に沿って輸送するキネシンなど）がノックアウトされると、マウスの胚における体液の流れが妨げられたり、逆転したりして、動物の体内の臓器の位置ずれ（配置異常）を引き起こすことがわかっています。臓器の対称性に欠陥のあるマウスの遺伝子スクリーニングにより、数十の繊毛関連遺伝子に変異があり、これらの変異がマウスの発達障害と有意に関連していることが明らかになりました[8]。繊毛は謎の第三天体の軸対称性を破る鍵となるようです。

この見解は今日まで動物の発達に関する研究者の理解を支配してきました。しかし、レビン氏は、ほとんどの研究が重要な事実を見落としていると指摘した。繊毛関連タンパク質をノックアウトすると、細胞骨格やさまざまな細胞内プロセスも影響を受けるのだ。（言い換えれば、繊毛関連タンパク質をノックアウトした後に観察される臓器の対称性配置の欠陥は、繊毛に依存する胚の体液の流れに単純に起因することはできず、細胞骨格の組み立てなどのプロセスも関与している可能性があります。）さらに、左右非対称性は、胚に体液の流れを導く繊毛細胞を持たないニワトリ、ブタ、回虫などの動物にも存在します[9、10]。カエルのような繊毛動物でも、繊毛が組み立てられ動き始めるずっと前から、RNA などの重要な発達分子の非対称分布が検出されます。チューブリンをノックアウトすると左右非対称な発達が阻害される現象は、動物だけでなく植物にも存在します。これはむしろ、繊毛ではなくチューブリンに依存する非対称性を確立するための何らかの普遍的なメカニズムが存在する可能性があることを示唆しています。

「繊毛が非対称性を引き起こしていると言うのはまったく不合理です...最も公平な言い方は、繊毛が経路の中間段階に関与していると言うことです。」レビン氏は、繊毛が細胞内のメカニズムによって確立された左右の非対称性の違いを増幅しているのではないかと考えている。

さまざまな証拠から、繊毛とは無関係に、組織レベルおよび体レベルで非対称性を確立する何らかのメカニズムが存在することが示唆されているが、これがどのように機能するかの詳細は明らかではない。細胞のキラリティーを研究するには、次の 2 つの問題を解決する必要があります。

まず、細胞は組織レベルで方向情報をどのように提供するのでしょうか?つまり、何が左とみなされ、何が右とみなされるのでしょうか?

2 番目は、最初の点よりも難しいのですが、細胞はどのようにして特定の位置情報をエンコードするのでしょうか。つまり、細胞はどのようにして胚の正中線がどこにあるか、また胚がどちら側にあるかを知るのでしょうか?

科学者たちは現在、これら2つの問題を個別に分析することに専念しています。

最初の質問に関しては、多くの研究グループが、細胞が互いに整列している場合、細胞のキラリティーが集団レベルで細胞の偏向方向を制御することを試験管内実験で実証しています。ワン・クンが使用した左偏向マウス細胞と同様に、ティーが使用した線維芽細胞も、整列および移動時に集団行動パターンを示しており、このパターンは微小フィラメントを破壊する薬剤によって除去または逆転させることができる。関連する結果は、2021年4月にプレプリントプラットフォームBioRxivに掲載されました[11]。他の研究者は、このような細胞の集団行動が組織や臓器全体のレベルに影響を及ぼす可能性があると報告しています。日本の大阪大学のショウジョウバエ研究者である松野健治氏は、ショウジョウバエの胚の後腸における非対称性を研究している。ショウジョウバエの後腸は胚発生中に90度左に曲がり、後腸管を構成する上皮細胞は非対称な形状をしています[12]。松野らの研究チームは、アクチン関連タンパク質を阻害することで上皮細胞のキラリティーを反転させ、後腸の回転方向を逆転させることができることを発見した（図6）[13]。最近の論文[14]で、松野らの研究グループは、細胞レベルでのキラリティーが後腸回転現象を駆動するための必要かつ十分な条件であると提唱した。

図 7. ショウジョウバエの腸の反転: ショウジョウバエの正常な発達中、後腸は反時計回りに回転し、最終的に右 (左) に曲がります。細胞骨格機能に関与するタンパク質をノックアウトすることで、研究者らは後腸の回転方向を逆転させ、左（右）を向く後腸を得た。出典: M. INAKI ET AL.、FRONT CELL DEV BIOL、6:34、2018。

ワン・クン氏は鳥類の心臓の発達についても研究している。心臓は、胚の発達において軸対称性を破る最初の臓器の一つです。このプロセスは、通常、右方向に偏向する回路を形成する一群の特殊細胞から始まり、ワン・クンのチームは、ニワトリの胎児の心臓から分離された細胞は本質的に右利きの傾向を示し、培養条件下での薬物処理によってそれが反転する可能性があることを報告した[15]。利用可能な薬剤は、一般的に、微小フィラメント細胞骨格および細胞内構造のキラリティーを破壊することが知られている薬剤です。これらの薬剤で鶏の胚を治療すると、多数の胚の心臓が左に回転した状態になった。「これは、細胞のキラリティーが何らかの役割を果たしている可能性が高いという証拠だ」とワン氏は語った。同氏はまた、自分のチームが左に回転する心臓が自然に発達したニワトリの胚にも遭遇したと付け加えた。この特定のニワトリの胚では、心臓細胞がまるで小分子薬で治療されたかのように反時計回りに回転しました。彼と彼の同僚はこの研究を拡大し、心臓の発達、内皮細胞バリアの透過性[16]、癌細胞と正常細胞の競合[17]など、キラリティーが人間の健康と病気に及ぼす潜在的な重要性を研究しました。

しかし、上記のメカニズムは非対称な臓器の発達について部分的に説明するものの、これらのメカニズムが動物の体構造のより高いレベルでどのように機能するかは不明のままです。研究者は一般的に、発達の途中のどこかの時点で（特定の節点は種によって異なる）、胚の正中線に特定の分子バリアが形成されると考えています。この障壁は、体の両側での成長因子の自由拡散を阻害し、遺伝子発現産物の非対称な蓄積を悪化させます。しかし、レビン氏はまた、半分が雄で半分が雌の両性具有者（下の写真の両性具有の蝶など）など、異常な対側パターンを持つ個体の存在は、基本的な左右分離パターンが胚発生の早い段階で形成されたことを示唆していると指摘した。

図8. オスとメスのモザイク動物。雌雄同体のほとんどは昆虫やクモ類に見られるが、甲殻類、カージナル、ニワトリなど比較的高等な動物にも見られる。丨写真はSina Photo Stationより
http://slide.tech.sina.com.cn/d/slide_5_453_35289.html#p=1

「これらの遺伝性疾患が胚発生後期に発生した場合、男性と女性の特徴が現在のように左右で明確に区別されることは決してなかっただろう。」レビンは細胞のキラリティーを記述するモデルを発表し[18]、細胞骨格に沿った特定の細胞内タンパク質の偏った輸送が、胚に電圧またはpH勾配を確立することで胚が左右非対称を形成するのに役立つことを具体的に指摘した。もちろん、彼は現在、真のメカニズムはまだ不明であり、「完全な謎」であると考えています。

今後の道のりは長く困難です。細胞キラリティーの謎はまだ解明されていません。

動物の発達における細胞のキラリティーの役割が何であれ、インタビューを受けた科学者たちは、答えなければならないいくつかの重要な基本的な疑問がまだ残っていることを認めている。まず、一部の細胞が時計回りの偏りを示し、他の細胞が反時計回りの偏りを示す理由はまだ不明です。つまり、この違いはどのようにして生じたのでしょうか?ワン・クン氏は、同僚らが筋細胞には他の細胞よりも多くの微小フィラメントが含まれていることを示したと述べ、これが哺乳類の筋細胞が左に偏向するのに対し、他の細胞は右に偏向したり、偏向がほとんどなかったりする理由を説明できるかもしれないと語った。さらに、内皮細胞と上皮細胞は通常、反対のキラリティーを持っていますが、彼はこの現象をさらに研究することに非常に興味を持っています。

細胞や細胞群の傾きの方向は 100% 一貫しているわけではないため、一部の研究者はこれが細胞キラリティーの分野の限界であり、関連する研究ではキラリティーの偏りを特定するために統計的手法に頼らなければならないと考えている。結局のところ、万群の2011年の論文では、筋肉細胞のわずか80％が反時計回りの回転偏向を示しており、これは人体の左利きアミノ酸の割合や脊椎動物の胚の心臓の右利き偏向の割合（どちらも100％に近い）よりもはるかに低い。同じ制限が個々の細胞の研究にも当てはまります。ほとんどの細胞は一方向にキラリティーを示しますが、一部の細胞は常に反対方向に傾いています。

復旦大学の分子工学者丁建東氏とその同僚は最近、いくつかの論文で、細胞キラリティー研究では一貫性が低いことが一般的であり、結果を分析する際には注意する必要があると警告した[19, 20]。しかし、この不一致が実験上の人為的ミスなどの要因によるものなのか、それとも細胞の実際の違いを反映しているものなのかを判断することは依然として困難です。

万群氏は、細胞のキラリティーは非常に重要であり、細胞骨格干渉薬を使用して細胞や臓器全体のキラリティーを変える研究は再現性が高いと考えています。一部の細胞に一貫性のないキラリティーがある場合でも、細胞集団は組織レベルでの行動を駆動するのに十分である可能性があります。特に、細胞キラリティーは、発達中に非対称性を確立および増幅する多くのメカニズムの 1 つにすぎない可能性があるためです。

松野氏は、一部の研究者は、利き手に関する古い二元論的な見方から、左利きか右利きかの好みの程度が異なる、より多様な好みの考え方に移行し始めていると付け加えた。「細胞のキラリティーは、0 か 1 かのスイッチではないかもしれません。私は今、それが非常に複雑な現象だと考えています。」

ベルシャツキー氏は、これらの謎に対する答えが、細胞キラリティーの分野における将来の研究テーマの一つとなることは間違いないと考えています。彼はWan Qunと協力して、2022年7月に開催される世界バイオメカニクス会議で、細胞のキラリティーと対称性の破れをテーマにしたディスカッションセッションを企画する予定です[21]。「この分野はまだ新しいテーマであり、だからこそ私たちはそれを好んでいるのです」とベルシャツキー氏は語った。「実際、ほとんどの動物は左右対称なので、私たちにとっては理解しにくいのです。」「対称性の逸脱は、ある意味では、対称性のコーディング式の自然による変化です。無秩序なコーディングが非対称性の美しさを生み出します。（私たちが見る）非対称性はランダムに発生するものではなく、子孫にうまく受け継がれ、正確に制御される可能性があります。」

参考文献

[1] https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1103834108

[2] https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(16)00056-7

[3] https://www.nature.com/articles/ncb3137

[4] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gtc.12194

[5] https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.0703153104

[6] https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1805932115

[7] https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19420889.2019.1605277

[8] https://www.nature.com/articles/nature14269

[9] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012160613001693?via=ihub

[10] https://elifesciences.org/articles/04165

[11] https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.04.22.440942v1