最近のトピックス

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最 近 の ト ピ ッ ク ス
性といい，部位によりその形態が異なり，また動物種に歯の発生研究の展望と歯の幹細胞ニッ
チェ：常生歯形成端を示す新用語apicalbudの提唱
New perspectives on toothdevelopment and the dental stem cellniche: Proposal of the new term
"apical bud" to refer to the apical endof the continuously growing toothより歯の形態は多様性を示し，その食性を反映していると言われる。さらに，歯の形だけではなく，その発生様式も多様で，ネズミやウサギなどのある種の動物は一生涯生え続ける常生歯（ヒトの歯を有根歯というので，それに対して常生歯は無根歯ともいう）をもつ。
この常生歯において歯の幹細胞が発見された２）が，この知見は最近の歯の発生生物学研究でのブレーク・スルーと言えよう。歯の幹細胞ニッチェは常生歯の形成端（常生歯においては，口腔内に露出している切縁・咬頭側と反対側の先端を形成端と呼ぶ）に存在し，この領域は共通の形態学的特徴をもつ。幹細胞の維持と分化を決新潟大学 大学院医歯学総合研究科

定するシグナル分子として，Notch1，Lunatic fringe，

顎顔面再建学講座 硬組織形態学分野

fibroblast growth factor（FGF）-10が歯胚上皮・間葉に大島

勇人

発現している。最近の組織学的・分子生物学研究から，Div. of Anatomy and Cell Biology of the Hard Tissue

常生歯形成端には歯胚が恒久的に維持されている分子機

Dept. of Tissue Regeneration and Reconstruction

構が存在することから，我々はこの特別な歯の幹細胞ニ

Niigata University Graduate School of Medical and Dental Sciences

Hayato Ohshima

ッチェの領域を示すapical budという新しい用語を提唱
した３），４）。本稿では，このapical budの形態学的特徴，幹細胞維持・分化の分子機構，常生歯と体肢芽との発生

１．はじめにの比較を通して，歯の発生研究と歯科における再生医療の展望を述べてみたい。

再生医療の主役となるのが，自己増殖したのち様々な機能細胞に分化する能力のある幹細胞と呼ばれる細胞群である。我々の体が形成される時には，各種の機能細胞

２．常生歯における幹細胞存在領域の形態学的な特徴が作り出されるかなめの部分に幹細胞が存在する。受精
卵が発生を始めた初期にはすべての細胞種に分化可能なラットやマウスなどの齧歯類の切歯は一生涯生え続け多能性幹細胞が存在し，ES細胞（胚性幹細胞）と呼ばる常生歯である。これは，形成端における持続的な細胞れる。一方，成体の組織では，限定はされているものの供給と切縁における咬耗によりその恒常性が保たれてい多能性を備えた組織幹細胞が存在する。例えば，造血系

る５）。形成端の歯胚上皮と間葉をコラゲナーゼ処理で分幹細胞，粘膜や表皮などの上皮幹細胞，神経系幹細胞な離して歯胚上皮を走査電子顕微鏡で観察すると，この部どがあり，組織幹細胞はその自己再生能と分化能により位の歯胚上皮はコブ状に突出した形態を成しており，あ組織恒常性と損傷後の組織再生に寄与している。この組たかも仰向けの人間が頭をもたげているかの様な形態を織幹細胞はnicheニッチェという特別な微小環境に存在呈していることが明らかとなった（図参照）。歯の発生することで幹細胞としての性質を維持していると考えらが上皮間葉相互作用により進行することは先に述べたれており，その分子機構が次第に明らかになっているが，歯胚は，蕾状期，帽状期，鐘状期とその形態を変化（以下「組織幹細胞」のことを単に「幹細胞」と呼ぶ。

させる。興味深いことに，常生歯形成端の歯胚上皮をそ

また，ここで述べるニッチェとは，上皮と間葉との間のの長軸に垂直な面で連続切片を作製して観察すると，そ相互作用によって制御された幹細胞維持に必要な微小環の形態が蕾状期，帽状期，鐘状期の歯胚と同じ形態を順境であると理解して頂きたい）。

次呈することが示された４）。このことは，成獣になったところで，歯の発生は，第１鰓弓由来の外胚葉（口腔粘膜上皮）と神経堤由来の中胚葉（外胚葉性間葉）との後も常生歯形成端に初期段階の歯胚が恒久的に維持されていることを示していると言えよう（図参照）。

相互作用（上皮間葉相互作用という）を通して，時間細胞分裂マーカーで形成端歯胚上皮を観察すると，こ的・空間的な正確な細胞の増殖と細胞死の調節が行われの部位には非対称分裂する細胞が存在し，分裂した一方形態形成・細胞分化が進行する１）。哺乳類の歯は異形歯の娘細胞は細胞分裂をしながら切縁側へ移動し内エナメ−53−

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新潟歯学会誌34（1）：2004になっている。このシグナルの主役を演じるのがNotchシグナルであり，Notch1 mRNAがapical budの星状網に発現し，基底膜に接した基底細胞との境界部で強い発現を示す。このNotch1の発現が強い部位は，その下流のシグナルの転写因子HES1（Hairy/Enhancer of Split）
mRNAの発現と一致する。また，基底細胞はLunaticfringe mRNA（Lunatic fringeはNotchシグナルを修飾すると考えられている）を発現し，基底細胞が内エナメル上皮細胞に分化するとJagged1 mRNA（Jagged1はNotch1のリガンドとして働く）を発現するようになる。
さらに，apical bud周囲の間葉はFGF-10 mRNAを発現している。このFGF-10は幹細胞の形成と維持に重要な働きをすることが明らかになっており７），歯胚間葉におけるFGF-10の持続的な発現が常生歯のapical budを維持していると言えよう。一方，有根歯であるマウス臼歯の歯胚形成過程においても，歯胚間葉に一過性にFGF-10mRNAが発現することが示されており，有根歯であっても歯胚の段階では幹細胞が維持されている可能性があると考えられる。
図：齧歯類切歯の発生過程（E14：胎生14日，E17：胎生17４．常生歯と体肢芽の発生日，P1：生後１日，P30：生後30日）

様々な器官発生過程において，その初期発生過程は共ル上皮，中間層，星状網，外エナメル上皮に分化するの通の形態学的特徴を示し，共通の分子機構が存在するこに対し，もう一方は細胞分裂後，形成端歯胚上皮内に留とが示されている。体肢の発生過程を観察すると，体肢まることが明らかになった。この幹細胞が存在する形成芽のシグナル・センターの一つである極性化活性域

端の歯胚上皮について，これまで適切な用語が存在しな

zone of polarizing activity（ZPA）とFGF-10を含むかったためにcervical loopという用語が誤って用いられFGFスーパー・ファミリーが形態形成の鍵となるシグナてきた。cervical loopというのは帽状期から鐘状期歯胚ルとなっている。歯胚形成におけるシグナル・センター

おける内エナメル上皮と外エナメル上皮との移行部（折はエナメル結節enamel knotであると考えられており８），れ返り）のことを指し，歯冠形成が終わるとヘルトビッ間葉におけるFGF-10発現との相互作用により，歯胚のヒの上皮鞘となる部位である。従って，形成端には幹細形成段階は蕾状期，帽状期，鐘状期と進行する。有根歯胞が存在し歯胚が恒久的に維持されていることから，常の発生では間葉のFGF-10 mRNAの発現が停止するが，生歯形成端を示すapical budという新しい用語を提唱す

常生歯では持続的なFGF-10 mRNAの発現がみられ，るに至った。また，このapical budは齧歯類切歯だけでapical budを維持していると考えられる（図参照）。しなく，モルモットの臼歯などにも存在することから ６），かしながら，エナメル結節でのシグナルと間葉におけるapical budは歯種に拘わらず常生歯形成端に共通して存FGF-10 mRNA発現との相互作用の分子機構は明らかに在すると考えられた。

なっていない。

３．常生歯における幹細胞ニッチェの分子機構

５．幹細胞を用いた歯の再生医療の展望

幹細胞研究における問題点は組織においてその存在を歯というのが上皮由来組織と間葉由来組織からなる石示す特異的なマーカーが存在しないことであるが，幹細灰化器官であるために，歯の再生は神経や筋，骨の様な胞がニッチェと呼ばれる特別な領域に存在することが知組織の再生に比べて解決しなければならない多くの課題られており，この微小環境が細胞の自己再生能の維持とが残っている。歯の発生が上皮間葉相互作用により進行分化の方向性の決定に重要な役割を果たしていると考えすることは繰り返し述べたが，数多くのシグナル分子やられている。これまでの研究により，apical budと周囲成長因子の発現パターンが明らかになっておりの間葉組織が特異的なシグナルを発現することが明らか（http://bite-it.helsinki.fi/），器官・細胞培養系や遺伝子−54−

大島勇人

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改変マウスを使ってこれらのシグナルの機能解析が進ん

２）Harada, H., Kettunen, P., Jung, H.S., Mustonen,

でいる。この様な情報の集積は，将来，歯の発生機構のT., Wang, Y.A. and Thesleff, I.：Localization of解明から歯の再生医療へと繋がるであろう。しかしながputative stem cells in dental epithelium andら，歯の位置や形，数を調節しているのは200以上もの

their association with Notch and FGF signaling.

遺伝子の相互作用によるものであるので，シグナルの解J. Cell Biol., 147（1）：105-120, 1999.

析が進んだとしてもティッシュ・エンジニアリングによ３）Ohshima, H., Kenmotsu, S. and Harada, H.：Useり歯をつくることは容易なことではない。我々がより単of the term apical bud to refer to the apical end

純な歯の再生モデルとして常生歯を研究対象とし，of the continuously growing tooth. Arch. Comp.

apical budの維持・分化機構を解明することが，歯の再Biol. Tooth Enamel, 8：45-49, 2003.

生医療具現化に向けての有効な最初のステップであり，

４）Harada, H., and Ohshima, H.：New perspectives

この分子機構の解明こそが歯の再生医療に有益な情報をon tooth development and dental stem cell与えることになるであろう。歯の幹細胞，そしてその維

niche. Arch. Histol. Cytol., 67（1）：1-11, 2004.

持に必要なニッチェ，そして細胞運命の決定についての

５）Ohshima, H. and Yoshida, S.：The relationship

分子機構解明の研究は今始まったところである。

between odontoblasts and pulp capillaries in theprocess of enamel- and cementum-related dentin

６．おわりにformation in rat incisors. Cell Tissue. Res., 268（1）：51-63, 1992.

本稿は大阪大学大学院歯学研究科 原田英光助教授

６）Harada, H., Mitsuyasu, T., Toyono, T. and（口腔分化発育情報学講座 口腔解剖学第１教室）との共

Toyoshima, K.：Epithelial stem cells in teeth.

同研究の結果ならびに最近出版した総説４）の内容を紹介

Odontology, 90（1）：1-6, 2002.
７）Harada, H., Toyono, T., Toyoshima, K.,したものである．

Yamasaki, M., Itoh, N., Kato, S., Sekine, K. andOhuchi, H.： FGF10 maintains stem cell

参考文献

compartment in developing mouse incisors.
Development, 129（6）：1533-1541, 2002.

１）Jernvall, J. and Thesleff, I.： Reiterative

８）Thesleff, I., Keranen, S. and Jernvall, J.：Enamelsignaling and patterning during mammalianknots as signaling centers linking tooth

tooth morphogenesis. Mech. Dev., 92（1）：19-29,

morphogenesis and odontoblast differentiation.

2000.

Adv. Dent. Res., 15：14-18, 2001.

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