差別的接着仮説

差別的接着仮説( DAH ) は、形態形成中の細胞の動きを熱力学的原理で説明する仮説です。DAH では、組織は可動細胞からなる液体として扱われ、表面接着の程度が異なるため、界面自由エネルギーを最小化するために細胞が自発的に再編成されます。^[1]言い換えると、DAH によれば、細胞は同様の接着強度を持つ他の細胞の近くに移動することで、細胞間の結合強度を最大化し、より熱力学的に安定した構造を作り出します。^[2]このように、DAH によれば、組織形成中の細胞の動きは、液体混合物の挙動を模倣しています。^[3] DAH はもともと脊椎動物の胚における細胞選別挙動を理解するという問題から着想を得ましたが、その後、他のいくつかの形態形成現象を説明するために応用されました。^[4]

DAH の起源は、フィリップ L. タウンズとヨハネス ホルトフレーターによる 1955 年の研究に遡ります。^[4]この研究では、タウンズとホルトフレーターは両生類の 3 つの胚葉をアルカリ溶液に入れて個々の細胞に分離させ、これらの異なる種類の細胞を混ぜ合わせました。異なる種の細胞を使用することで、その動きを視覚的に観察して追跡することができました。類似した種類の細胞は正しい場所に移動し、再凝集して発生的に正しい位置に胚葉を形成しました。この実験は、組織組織化が経路とは無関係に起こり得ることを実証しました。つまり、組織組織化は持続的に存在する力によって媒介され、それに先立つ発生イベントの時系列的順序からのみ生じるのではないことを意味しています。^[3]

これらの結果から、ホルトフレーターは選択的親和性の概念を発展させ、発達を通じて細胞同士の選択的親和性が適切なタイミングで変化することで形態形成が誘導されるという仮説を立てました。^[3]これらの結果を説明するために、「タイミング仮説」や「表面収縮差仮説」などいくつかの仮説が提唱されました。^[3] 1964年、マルコム・スタインバーグは、熱力学原理を使用して観察される細胞の分類と配置のパターンを記述および説明する「接着差仮説」を提唱しました。^[4]

DAH によれば、細胞の動きと分類は、液体とほぼ同じように、より熱力学的に安定した平衡状態への細胞の自発的な再配置によって制御されます。これは、細胞を接着するために利用されるエネルギー量を最大化することで達成され、システムで利用可能な自由エネルギーが減少します。表面接着の強度が同程度の細胞が互いに結合するため、システム全体の結合エネルギーが増加し、界面自由エネルギーが減少して、システムがより熱力学的に安定します。液体も同様の挙動を示しますが、運動細胞が運動力学と能動運動の組み合わせによって動き回るのではなく、分子が運動エネルギーによって動き回ります。^[4]

これにより、組織の配置の例を液体の挙動に対応させることができます。たとえば、ある組織が別の組織に広がることは、水に広がる油に相当します。油は水に広がることで、弱い油-水相互作用を最小限に抑え、より強い水-水相互作用と油-油相互作用を最大化し、細胞も同様に、同様の接着強度を持つ他の細胞の近くに位置して結合するように分類されます。^[3] DAH が説明できるその他の組織相互作用には、組織階層、つまり表面接着が弱い組織が表面接着が強い組織を取り囲むこと、不規則な細胞塊が丸くなって球形になること、および経路とは無関係に発生する細胞の分類と解剖学的構造の構築などがあります。^[3]

DAHは細胞接着の質的な違いではなく、表面接着の強さの量的な違いのみに依存します。^[5] DAHは実験的にも計算モデルによっても裏付けられています。^[4]

DAHは脊椎動物の胚発生の文脈で最初に定式化されて以来、創傷治癒や癌の進行および転移における上皮間葉転換など、他のいくつかの形態形成現象の説明に利用されてきた。^[4]