さらなる開発 内部細胞塊と栄養外胚葉（TE）の物理的および機能的な分離は、哺乳類の発生の特別な特徴であり、これらの胚における最初の細胞系統の特定である。卵管での受精後、哺乳類の胚は比較的ゆっくりとした一連の卵割 を経て、8 細胞からなる桑実胚 を形成する。桑実胚の各細胞は割球と呼ばれ、コンパクションと呼ばれるプロセスで隣接する細胞との表面接触が増加する。これにより桑実胚内の細胞が極性化し、さらに卵割が進むと約 32 細胞の胚盤胞が形成される。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
ICMとTEは、着床が始まって胚発生が続くにつれて、明らかに異なる細胞型を生成します。栄養外胚葉細胞は胚体外組織 を形成し、胚本体の支持的な役割を果たします。さらに、これらの細胞は胚盤胞内部に液体を送り込み、ICMが一方の端で栄養外胚葉に付着した極性のある胚盤胞の形成を引き起こします（図を参照）。この細胞局在の違いにより、液体腔に露出したICM細胞は原始内胚葉（または下胚葉）の運命をたどり、残りの細胞は原始外胚葉（または上胚葉）の運命をたどります。下胚葉は 胚体外膜 に寄与し、上胚葉は 最終的な胚本体といくつかの胚体外組織を生み出します。[ 2 ]
細胞特異性の制御 内細胞塊の多能性細胞と胚盤胞の残りの部分との分離は哺乳類の発生に不可欠であるため、この過程の対応する細胞および分子メカニズムを解明するためにかなりの研究が行われてきました。転写因子とシグナル伝達分子が、内細胞と外細胞として知られる細胞を生成し、細胞系統の特異性につながる割球の非対称分裂を指示するかどうかが主な関心事です。しかし、哺乳類胚の多様性と制御性のため、これらの初期の運命を確立するための実験的証拠は不完全のままです。[ 3 ]
転写レベルでは、転写因子Oct4、Nanog、Cdx2、およびTead4はすべて、初期マウス胚におけるICMおよびTEの特異性の確立と強化に関与していることが示唆されている。[ 3 ]
初期胚の頂端極性と基底外側極性は、細胞が凝縮した後の8～16細胞期に確立される。この初期の環境の違いにより、転写フィードバックループが内部方向または外部方向のいずれかに強化される。内部細胞は高レベルのOct4 を発現し、多能性を維持し、Cdx2を 抑制する。外部細胞は高レベルのCdx2 を発現し、TE分化を引き起こし、Oct4 を抑制する。 Oct4: Oct4 はICMで発現し、その多能性の維持に関与しており、この役割はICM由来のマウス胚性幹細胞でも再現されている。[ 7 ] Oct4遺伝子ノックアウト細胞は、生体内および培養の両方でTEの形態学的特徴を示す。Oct4の転写標的の1つは Fgf4 遺伝子であることが示されている。この遺伝子は通常、ICMから分泌されるリガンドをコードしており、隣接する極性TEの増殖を誘導する。[ 7 ] Nanog: Nanog はICMでも発現しており、その多能性の維持に関与している。Oct4とは対照的に、 Nanog欠損マウスの研究ではICMがTE様の形態に戻ることは示されていないが、 Nanog の欠損によりICMが原始内胚葉を生成できなくなることが示されている。[ 8 ] Cdx2: Cdx2 はTEで強く発現しており、その特異性を維持するために必要である。Cdx2遺伝子のノックアウトマウスはコンパクション を起こすが、後期胚盤胞期にTE上皮の完全性を失う。さらに、これらのTE細胞ではOct4の発現がその後上昇し、Cdx2がこの細胞系統で Oct4の 抑制に役割を果たしていることが示唆される。さらに、 Cdx2 欠損マウスから胚性幹細胞を生成できることから、Cdx2はICMの特異性には必須ではないことが示される。[ 9 ] Tead4: Cdx2 と同様に、Tead4は TE機能に必須であるが、この転写因子は普遍的に発現している。Tead4 欠損 マウスも同様にコンパクションを起こすが、胚盤腔の形成に失敗する。Cdx2欠損胚と同様に、 Tead4 欠損胚は胚性幹細胞を産生することができ、Tead4はICMの特異化には必須ではないことを示している。[ 10 ] Tead4が TEにおけるCdx2のアップレギュレーションに役立ち、その転写活性は共活性化因子Yapに依存することが示されている。細胞外ではYapが核に局在することでTE特異性に寄与する一方、細胞内ではリン酸化イベントによってYapが細胞質に隔離される。[ 11 ] これらの転写因子は、ICMからTEへの細胞分化を強化する正のフィードバックループで協調して機能します。割球の初期極性は8～16細胞期に発生します。頂端マーカーであるPar3、Par6、aPKC、および基底マーカーであるE-カドヘリンの可視化により、頂端-基底外側極性が確認できます。 [ 3 ] Cdx2を 活性化し、下流の転写因子であるElf5を介して自身の発現を上方制御します。第3の転写因子であるEomes と協調して、これらの遺伝子は外部細胞でOct4 やNanog などの多能性遺伝子を抑制する働きをします。 [ 3 ] [ 9 ] Cdx2 遺伝子を活性化せず、Oct4 、Nanog 、Sox2 を高レベルで発現する。[ 3 ] [ 4 ] これらの遺伝子はCdx2を 抑制し、内部細胞は多能性を維持してICMを生成し、最終的には胚本体の残りの部分を生成する。
マウス胚の割球をICMとTEの両方のアイデンティティに分けるには、この遺伝的相互作用の二分法が明らかに必要であるが、これらのフィードバックループの開始については議論が続いている。それらが確率的に確立されるのか、あるいはさらに早い非対称性によって確立されるのかは不明であり、現在の研究では非対称性のより早いマーカーを特定しようとしている。例えば、いくつかの研究では、胚発生中の最初の2回の卵割と将来の動物極および植物極との相関関係を最終的な決定と関連付けている。これら最初の2回の卵割中のエピジェネティック情報の非対称的な分割、およびそれらが起こる方向と順序は、細胞が桑実胚の内側または外側のどちらに位置するかに寄与する可能性がある。[ 12 ] [ 13 ]
幹細胞 哺乳類の胚の内部細胞塊（ICM）から分離され、培養された割球は、胚性幹細胞 （ESC）として知られています。これらの多能性細胞は、慎重に調整された培地で培養されると、成体の体の3つの胚葉（外胚葉、内胚葉、中胚葉）すべてを生み出すことができます。[ 14 ] [ 15 ] Oct4 、Sox2 、Nanog によって制御される転写コードが未分化状態の維持に役立ちます。
哺乳類の胚発生における制御的な性質の利点の1つは、ICMの割球を操作してノックアウトマウス を作製できることである。マウスでは、目的遺伝子の変異をレトロウイルスを用いて培養ES細胞に導入し、これを無傷の胚のICMに再導入することができる。その結果、細胞の一部にES細胞のゲノムを含むキメラマウスが生まれる。このような手順の目的は、変異遺伝子をマウスの生殖細胞系列に組み込み、その子孫が目的遺伝子の片方または両方の対立遺伝子を欠損するようにすることである。遺伝学者は、哺乳類のシステムにおける遺伝子の機能を研究するために、このICM操作技術を広く利用している。[ 2 ] [ 14 ]
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