皮膚は、生物と環境とのインターフェースとして機能します。多様な生態環境へ適応するために、皮膚はその構造と機能を多様化させてきました。毛包、汗腺、乳腺、羽毛、ウロコなどの皮膚付属器は、その多様性を生み出す主要な要素です。興味深いことに、これらの器官は、発生初期にはプラコードと呼ばれる類似した円盤状の上皮構造から形成されますが、その後、それぞれ異なる３次元形態を獲得します。さらに、生涯にわたる維持や再生を可能にするため、発生過程で組織幹細胞を形成します。しかし、器官ごとの形態的多様性と再性能の獲得が、どのような共通原理によって実現されるのかは十分に解明されていません。

　この問題を理解するためには、器官がどのような形態形成過程を経て構築されるのかを明らかにするだけでなく、その過程で細胞状態や相互作用がどのように変化し、将来の機能や運命へと結びつくのかを時空間的に解析する必要があります。さらに、その理解を異なる器官間で比較できる形で記述することも重要です。

　そこで私たちは、マウス毛包の発生動態を連続的に捉えるために、１細胞解像度の4Dイメージングと時系列シングルセルトランスクリプトーム解析を組み合わせたマルチスケール・マルチモーダル時空間解析を行いました (Morita et al., Nature 2021)。その結果、毛包上皮は、発生初期のプラコードに形成される２次元の同心円状プレパターンを出発点として、円筒状機能ドメインを持つ３次元形態へと段階的に構築されることを見出しました。さらにこのプレパターンの最外層領域が将来の毛包上皮幹細胞の起源であることも明らかにしました。私たちは、この「同心円から円筒へ」の協調的な発生過程を「テレスコープ型形態形成」と呼んでいます。このモデルでは、細胞集団とその周囲の細胞外環境が段階的に区画化されながら時空間発展することで、器官の立体構造形成と幹細胞ニッチの構築が協調的に進行すると考えています。現在は、この概念を乳腺や羽毛など他の器官へ適用し、器官間および種間比較を通じて検証しています。将来的には、発生・再生・進化に共通する皮膚付属器間の形態形成の普遍原理と、その改変によって多様な形態や再生能力が創発される仕組みの解明を目指しています。