システム生物学：全器官にわたる細胞活動の画像化により全身性の回路が明らかになる
Nature 658, 8138 doi: 10.1038/s41586-026-10979-6
危険から逃避しているときも、摂餌しているときも、あるいは感染と闘うときも、動物が生存し、繁栄する能力は、全身にわたって相互作用する多くの細胞タイプの、刻々と変化する集団的な活動から生じる。生理学は、器官、細胞タイプ、時間スケールにまたがるこれらの細胞間相互作用を解明しようとしているが、時間とともに変化するこの細胞活動を全身にわたって同時に記録できないことがその制約となっている。今回我々は、脊椎動物の全身にわたる細胞の秒スケールでの活動を細胞分解能で画像化する方法であるWHOLISTIC（WHole-Organism Live-Imaging System for recording Tissue and IntraCellular activity）を開発した。WHOLISTICは、体積蛍光顕微鏡法、機械学習、カルシウムセンサーの全細胞にわたるトランスジェニック発現を発展させて統合したものであり、我々は、これをゼブラフィッシュ幼生で実証するとともに、Danionella cerebrum成魚で概念実証を行った。計測された動態の分子的基盤および超微細構造的基盤についての情報を得るために、我々は、全身膨張顕微鏡法を発展させた。細胞スケールでは、全身のスクリーニングにより、低温に対する軟骨細胞の反応やケタミンに対する髄膜の応答など、予想外の応答が明らかになった。器官スケールでは、WHOLISTICによって、腎臓のネフロンに沿った律動的な進行波が特定された。複数器官のスケールでは、知られていなかった筋シナジーと筋–器官の相互作用が明らかになった。個体全体のスケールでは、この手法により、脳幹によって制御される全身性の血流の再分配が捉えられた。光遺伝学とWHOLISTICを組み合わせることで、光学的手法のみを用いた脳–体相互作用の因果関係解析が可能になった。これらの進展は、細胞生理学と個体生理学を橋渡しするシステム生物学のパラダイムを確立し、基礎的機構から治療標的まで、スケールを横断した包括的な発見を可能にする。
