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東京工科大学
応用生物学部
皮膚進化細胞生物学研究室
教授

研究内容

【皮膚の適応進化機構の解析】

 皮膚は人体の中での最大の臓器です。皮膚は外側から表皮・真皮・皮下組織からなり、表皮は「重層扁平上皮組織」と呼ばれる多層構造を持った上皮組織です。

 表皮の最も外側には、角質層と呼ばれる死んだ細胞層(約数層〜数十層)が存在しています。この構造は、両生類(成体)・爬虫類・鳥類・哺乳類のような陸上脊椎動物のみが持っています。角質層がバリアの役割を果たすことにより、陸上生活を営むことができています。

  地球と進化の歴史を遡ると、デボン紀後期(約3億6千万年前)に両生類が、 肺や四肢の進化と共に、皮膚表皮角質層を体表面に獲得することで、脊椎動物の陸上進出が成し遂げられました。その後に出現した爬虫類には、より陸上での生育に適した強固でバリア能が発達した角質層が獲得され、鳥類では羽を獲得しつつ柔らかく保湿能がない角質層へと変化しました。2億3千万年前には、爬虫類型哺乳類から私たちの祖先である哺乳類が出現しましたが、毛や乳腺の獲得と共に、柔らかく保湿された角質層が獲得されました。

 このように、地球環境や生育環境の変化と共に出現した様々な陸上脊椎動物は、体表面の角質層を進化させ、新しい環境に適応してきたと考えられます。つまり、様々な陸上脊椎動物の角質層の形成過程の中に、細胞の適応進化メカニズムを解く鍵が隠されている可能性があります。

 このように、地球環境や生育環境の変化と共に出現した様々な陸上脊椎動物は、体表面の角質層を進化させ、新しい環境に適応してきたと考えられます。角質層は、顆粒層細胞と呼ばれる生きた細胞が、特殊な細胞死を行い形成されます。進化の過程で、顆粒層細胞に、どのような細胞生物学的な変化が起きて、新たな角質層を形成する進化が起きてきたのかを調べることで、細胞の適応進化メカニズムを明らかにできるかもしれません。

  私たちは、これまで生体内の顆粒層細胞の細胞死過程を詳細に解析してきました。その結果、長期細胞内Ca2+上昇と細胞内酸性化が順番に起きることを明らかにし、死細胞が新たな機能を獲得するという新しい細胞死概念「コルネオトーシス(Corneoptosis)」を提唱しました。
2021年 理化学研究所プレスリリース:皮膚表皮細胞の細胞死過程を解明-細胞内の酸性化が正常な角層形成に重要-

  一方で、新しい種の発生時には、核の中のゲノムDNAの変化が重要な要素となりますが、陸上脊椎動物ゲノムの半分以上を占めている転移因子(レトロトランスポゾン)が、角層の変化に与えた影響についても研究しています。

2011年に、私達が報告したレトロウイルス由来のプロテアーゼの機能解析結果は、ウイルス由来の配列が、哺乳類出現時の角層の保湿に関わったことを示唆しています。
2011年 東京医科歯科大学プレスリリース:皮膚顆粒層に特異的に発現する内在性レトロウイルス型アスパラギン酸プロテアーゼSASPaseが角質層水分量の調節を行う事を発見

分離されたマウス顆粒層SG1細胞

日本語参考総説:「陸上脊椎動物の皮膚の適応進化と内在性レトロウイルス ウイルス 第 66 巻 第 1 号,pp.31-38,2016

 このように進化細胞生物学的な観点から、細胞の適応進化メカニズムを明らかにすることを試みていきます。

キーワード:皮膚、表皮、適応進化、角質層(角層)、顆粒層、バリア、転位因子、レトロトランスポゾン、内在性レトロウイルス、サスペース(SASPase)、哺乳類、保湿