発生生物学：エンドセリン経路の進化が神経堤細胞の多様化を促進した
Nature 585, 7826 doi: 10.1038/s41586-020-2720-z
神経堤細胞（NCC）は移動性の多能性胚細胞であり、脊椎動物に固有で、クレードを特徴付ける成体の特徴の数々を形成する。NCCの進化は、新たな遺伝子調節ネットワークの進化、遺伝子のde novo進化、ゲノム規模の重複事象におけるパラログ遺伝子の増幅など、さまざまなゲノム事象と関連付けられてきた。しかし、新規遺伝子や重複遺伝子とNCCの進化とを結び付ける決定的な機能的証拠はまだない。エンドセリンリガンド（Edn）とエンドセリン受容体（Ednr）は脊椎動物に固有であり、有顎類（顎口類）のNCC発生の複数の局面を調節する。今回我々は、Ednシグナル伝達の進化がNCC進化の駆動要因だったかどうか調べるため、ウミヤツメ（Petromyzon marinus）のedn、ednr、dlx遺伝子を、CRISPR–Cas9による変異誘発を用いて破壊した。ヤツメウナギ類は無顎魚類で、約5億年前に現生の有顎類と最終共通祖先を共有していた。従って、ヤツメウナギ類と有顎類の比較から、脊椎動物発生の高度に保存されていて、進化的に柔軟な特性を明らかにすることができる。我々はアフリカツメガエル（Xenopus laevis）を用いて有顎類の系統発生学的表現を拡張するとともに並行解析を容易にすることで、Ednシグナル伝達の古代の役割と系統特異的な役割を特定した。これらの知見は、脊椎動物ゲノムの重複が起こる前から、Ednシグナル伝達がNCCで活性化されていたことを示唆している。そして、脊椎動物の基部で1回以上のゲノム規模重複が起きた後、パラログのEdn経路は機能的に分岐し、その結果、Ednシグナル伝達の異なる必要条件を持つNCC亜集団が生じた。この発生の新たなモジュール性が、ステム群脊椎動物におけるNCC派生細胞の独立した進化を促したと、我々は考える。この考えと一致して、Edn経路の標的の違いは、ヤツメウナギ類と現生有顎類の口腔咽頭骨格と自律神経系に見られる違いと関連付けられた。まとめると我々の研究は、新たな脊椎動物遺伝子の起源や重複と、特徴的な脊椎動物の新規性の段階的な進化とを結び付ける機能的な遺伝学的証拠を提供している。
