フランス国旗モデル

フランス国旗モデルは、 1960年代にルイス・ウォルパートによって説明されたモルフォゲンの概念的定義である。 ^{[2] [3]}モルフォゲンは、細胞に直接作用して（連続誘導を介さずに）特定の細胞応答を引き起こし、モルフォゲン濃度に依存する。初期発生中、モルフォゲン勾配は異なる細胞タイプを明確な空間的順序で生成する。フランス国旗パターンは、他のパターンと組み合わせて見られることが多く、脊椎動物の四肢の発達は、補完的なパターン（この場合はチューリングパターン）と重なったフランス国旗パターンを示す多くの表現型の1つである。^[4]

フランス国旗モデルでは、フランス国旗は細胞分化に対するモルフォゲンの効果を表すために使用されます。モルフォゲンは濃度に基づいて細胞の状態に影響を与え、これらの状態はフランス国旗の異なる色で表されます。高濃度では「青」の遺伝子が活性化され、低濃度では「白」の遺伝子が活性化され、必要な濃度しきい値を下回る細胞では「赤」がデフォルト状態として機能します。

フランス国旗モデルは、ショウジョウバエの第一人者であるピーター・ローレンスによって支持されました。 クリスティアーネ・ニュスライン＝フォルハルトは、ショウジョウバエの合胞体胚の勾配に存在する転写因子の1つである最初のモルフォゲン、ビコイドを特定しました。その後、ゲイリー・ストルールとスティーブン・コーエンの2つの研究室が、分泌シグナル伝達タンパク質デカペンタプレジック（形質転換成長因子ベータのショウジョウバエ相同体）が、ショウジョウバエの発生後期にモルフォゲンとして作用することを実証しました。この物質は、組織発生のパターン、特に組織内のさまざまな特殊細胞タイプの位置を制御します。これは局所的な発生源から広がり、発生中の組織全体に濃度勾配を形成します。

よく知られているモルフォゲンには、デカペンタプレジック/形質転換成長因子ベータ、ヘッジホッグ/ソニックヘッジホッグ、ウィングレス/ Wnt、上皮成長因子、線維芽細胞成長因子などがあります。

最も初期かつ最もよく研​​究されているモルフォゲンの一部は、ショウジョウバエ（ Drosophila melanogaster ）の初期胚内で拡散する転写因子です。しかし、ほとんどのモルフォゲンは細胞間でシグナルを送る分泌タンパク質です。

モルフォゲンは化学的にではなく概念的に定義されるため、レチノイン酸などの単純な化学物質もモルフォゲンとして機能する可能性があります。

フランス国旗モデルの基礎は、形態形成因子が自律的に勾配を形成し、個々の細胞が勾配の濃度を読み取るという考え方です。細胞は特定のレベルの勾配に反応し、勾配が示す位置に合わせて特定の分化を行います。このモデルは形態形成を理解するための重要なモデルとして広く受け入れられていますが、すべての発生生物学者に普遍的に受け入れられているわけではありません。形態形成の勾配に基づくすべてのモデルの問題点は、ナタリーとリチャード・ゴードンによって徹底的に検討され、次の 7 つの具体的な点 が含まれています^{[5] 。}

1. 勾配を定常状態に保つには、シンク、つまり拡散分子が途中および/または境界で破壊または除去される方法が必要です。勾配モデルが呼び出されるときにシンクが考慮されることはほとんどありません。
2. 勾配を確立するには、限られた空間で拡散が起きなければなりません。しかし、アホロートルなどの多くの生物は、卵黄膜とゼリー層が取り除かれ、流水中で成長しても正常に成長します。
3. 拡散は温度に依存しますが、卵子が母親の体外で成長する動物では、さまざまな温度でも正常に発育が進行します。
4. 拡散勾配はうまくスケーリングされませんが、胚にはさまざまなサイズがあります。
5. 拡散勾配は重ね合わせの原理に従います。つまり、ある物質の一方向の勾配と、同じ物質の垂直方向の勾配は、2 次元勾配ではなく、対角方向の単一の 1 次元勾配になります。発生生物学者は、2 次元勾配システムには、互いにほぼ垂直に配置された 2 つの異なるソースとシンクを持つ 2 つのモルフォゲン勾配が必要であるにもかかわらず、2 次元勾配を頻繁に使用します。
6. 勾配の変動は常に発生し、特に胚発生中によく見られる低濃度では、特定の濃度閾値に対する個々の細胞の特定の反応が問題になります。
7. 各細胞はモルフォゲンの濃度を正確に「読み取る」ことができなければなりません。そうでないと、組織間の境界が不規則になります。しかし、発達においてそのような不規則な境界はまれです。

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• 位置情報の勾配を自律的に生成する多細胞形態形成の人工生命モデル
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