応用生物学部　化粧品コース　松井 毅　教授

ヒトなどの脊椎動物の一番外側にある皮膚（角層）がどのように環境に適応し、進化してきたのか、そのメカニズムを細胞から解明しようと取り組んでいる松井先生。今回はご研究内容や研究の面白さなどをお聞きしました。

■先生のご研究について教えてください。

　私の研究室「皮膚進化細胞生物学研究室」では、皮膚の顆粒層細胞の適応進化のメカニズムを解明しようと取り組んでいます。私たちの皮膚は表層から、表皮?真皮?皮下組織で構成されています。表皮は多層構造をとる細胞の層構造からなり、一番外側にある角層は、実は死んだ細胞が積み重なってできています。それは進化の過程と密接に関係しているもので、陸上に住む脊椎動物（両生類?爬虫類?鳥類?哺乳類）に見られる特有の組織です。今から約３億6千万年前に、両生類が陸上へ進出し、紫外線や乾燥から体を守るバリアとして角層を獲得しました。次に爬虫類が硬く強い角層を得て陸上へ進出し、鳥類の出現に続いて柔らかく保湿された角層を持つ哺乳類が誕生したと考えられています。このように生物の性質が環境に対応して変化することを適応進化と言います。

　では、その角層がどのようにできるのかというと、角層の下にある顆粒（かりゅう）層細胞が特殊な死に方（細胞死）をすることでつくられます。そこでその特殊な死に方に至る変化を観察して、その仕組みを解明しようと、私が本学に赴任する前に所属していた理化学研究所での研究で、マウスにライブイメージングの手法を用いて解析しました。ライブイメージングとは、生きたまま細胞を見ることができる方法です。今までは、固定したサンプルの切片を観察する方法が大半でしたが、最近は顕微鏡やカメラの性能が非常に高くなってきて、マウスなどの動物を眠らせたまま実際に生きている状態で細胞がどういう挙動をするのかを観察できるようになっています。
　その研究の結果、特殊な細胞死がどのように起こるのかがわかりました。具体的には、顆粒層細胞内のカルシウムイオン濃度が60分間にわたって上昇し続け、その後、カルシウムイオン濃度を高く保ったまま速やかにpHが下がる酸性化が起き、核やミトコンドリアなどがきれいに消えて、角層細胞になることがわかりました。私たち研究チームはこの特殊な細胞死を「コルネオトーシス」と名づけました。

角層形成時に起きる機能的細胞死「コルネオトーシス」

■特殊な細胞死というのは、どういう点で特殊なのでしょうか？

　普通、細胞死というと、「アポトーシス」と呼ばれる、予め計画された細胞死があります。私たちの体の色々な細胞からなる組織を正常な状態に保ったり、形態形成をしたりする時に起きる細胞の死です。「アポトーシス」が起きた時は、死んだ細胞体がマクロファージなどの細胞で取り除かれます（エフェロサイトーシス）。すなわち、死んだ細胞体がそこにいてはまずい状況であり、体にとって毒になるので、そういう良くないものは取り除かれるというのが普通の予定された細胞死です。一方、「ネクローシス」と呼ばれる、ストレスを受けた細胞が突然死んでしまう場合もあります。その場合、死んだ細胞体が体内に残ると、それがどんどん炎症を増強させてしまいます。現在、細胞死は十数種類が知られていますが、プログラムされた細胞死の場合、大抵、死んだ細胞は取り除かれます。それが多細胞生物の基本的な機能であり、進化の過程で持ってきた役割です。
　ところが「コルネオトーシス」は、皮膚の角化に関して、死んだ細胞体を取り除かずに、機能的にうまく使ってバリアに用いています。ここが今までの細胞死と全く違う特殊な部分です。今までも角化における細胞死は知られていましたが、私たちの研究ではっきりと、特有の細胞内イオン変化を経て、死んだ細胞体自体が機能的なバリアとして、私たち陸上脊椎動物の生存に関わっているとわかり、新しい細胞死概念「コルネオトーシス」を提唱したのです。
　また、「コルネオトーシス」が起きる時の細胞内イオン変化は、非常に特殊です。カルシウムイオン濃度は、神経細胞などでは盛んに上昇することで信号を伝えていますが、これはミリ秒単位で一瞬だけ上がるものです。ところが「コルネオトーシス」では、1時間もカルシウムイオン濃度が中性条件下で上がり続けます。そして、ちょうど60分後に突然、細胞内が酸性化してカルシウムイオン濃度は上昇したままという状態になります。このような状態を経て細胞死に向かう現象は今まで知られていませんでした。では、なぜカルシウムイオン濃度が上がるのか。何がカルシウムイオン濃度を上げる細胞を決め、いつそれを行うかはどのように決まっているのか、は未解明のままです。これらは、角層バリアがどのようにつくられるかを決めていると考えられるため、非常に重要で、解明したいと思っています。また、細胞死のタイミングを制御することができれば、角化のスピードもコントロールできるかもしれませんし、例えば乾燥肌やアトピー性皮膚炎など角化やバリアに異常が起きた時も、カルシウムイオン濃度を制御しているメカニズムを標的にすることで、治療できる可能性があるかもしれません。

■研究の現状や今後の取り組みについてお聞かせください。

　この「コルネオトーシス」がマウスだけで見られる現象なのか、それとも陸上にいる脊椎動物全般に保存された共通の現象なのかを知ることが大切だと考えています。特にヒトでこの現象が本当に起きているかどうかは、化粧品分野や皮膚科学の分野への貢献を考える際に非常に重要になりますから、研究する必要があります。
　ただ、ヒトの皮膚で実際にライブイメージングをすることは難しいです。そこで化粧品開発などでよく使われている、ヒトの皮膚の細胞を培養して、空気にさらすとだんだん表皮が出来上がり、表面が角化するという3次元ヒト表皮モデルという人工的な系を用いて実験を行っています。今までマウスで見ていた「コルネオトーシス」の現象が、実際にそこでも起きているのかどうかを、現在、ライブイメージングを組み合わせて解析しているところです。

　それから、両生類や爬虫類を対象とした研究にも取り組んでいます。最初にお話ししたように、今から3億6千万年前に両生類が表皮の角層を獲得して陸上に進出しました。ですから両生類は、祖先型の皮膚や角層を持っていると考えられます。その後、爬虫類がさらに進化して強いバリアかつ固い角層を持ち、その後なぜか哺乳類で毛が生えたり、乳腺が発達したりしながら柔らかい皮膚に変わり、保湿ができるようになったという流れがあります。すなわち、角層の保湿能は哺乳類しか持っていない特徴なのです。それは、それ以前の生物である爬虫類がなぜ保湿能を持っていないのかという疑問につながります。そして元々、角層の形成に関して、祖先型ではどうだったのかを知るには、両生類を見なければわかりません。
　そこで、顆粒層細胞を分離するという私たち独自の技術を用いて、爬虫類のヤモリと両生類のアフリカツメガエルを対象に研究を進めています。これらの生物は、ゲノム情報が全て決定されているため、その生物から顆粒層細胞を取ってきて、どのような遺伝子が発現しているかを解析しつつ、死ぬ過程を解析することで比較が可能です。すなわち比較進化細胞生物学的解析ができることになります。このようなアプローチこそが角層形成の進化の謎を解く鍵になると考えられ、現在、これらのテーマに研究室の学生たちがそれぞれ取り組んでいます。

■学生を指導する際に心がけていることはありますか？

　本学部へ来る前は、化粧品コースには化粧品やヒトの皮膚のみに興味のある学生しかいないのではないかと思っていました。しかし実際は「爬虫類の研究をぜひやりたい」「両生類の皮膚にすごく興味がある」という学生もいて、多様な興味を持って喜んで研究に取り組んでくれています。そういう意味では、これは私の恩師の教えですが、とにかく楽しむことがサイエンスの最も大事なところだと�