胚発生において、細胞は「特定化(specification)」と「運命決定(determination)」という2段階のプロセスを経て、徐々に異なる運命に身をゆだねていきます。特定化とは、初期胚の一部を取り出し、その組織をペトリ皿に入れて単純な培地で培養するなどして、中立的に培養し、その派生物を観察することで示されます。培養された領域が、胚の中で通常生成されるであろう種類の細胞を生成すれば、それはその領域が特定されていることを意味します。一方、運命決定とは、胚のある領域を取り除き、様々なタンパク質を添加した複雑な培地を入れた皿や、胚の別の領域など、中立ではない環境に置き、それでも期待通りの誘導体を生成することです。特定と決定は、細胞の発生経路における2つの連続したステップであり、固有の形態と機能を持つ成熟組織が生成される最終段階である分化に先立つものです。

In Vitro 特定化の証明

特定化を研究するためには、研究者はまず、胚のさまざまな領域の正常な派生物を理解する必要があります。これは、胚の発生初期に細胞を染色または標識し、胚全体を培養して、標識された細胞がどこに行くかを監視することで作成されます。例えば、ニワトリの場合、胚の中心から外れた場所（9時と3時の位置）に神経堤細胞が存在し、この細胞が移動して末梢神経系を形成することが明らかになっています。

重要なのは、これらの神経堤を決定した領域は、タンパク質マーカーや細胞タイプの明確な特徴が発現し始める前の、胚が3層構造に変化するの初期段階で切り取ることができるということです。シグナル伝達因子の供給源となりうる組織をすべて削り取り、コラーゲンを滴下したシンプルな培地で培養すると、典型的な神経堤の転写因子を発現する細胞が生成されます。興味深いことに、一部の細胞は組織片の本体から離れて移動することさえ観察され、これもこの細胞運命の特徴です。これらの実験により、神経堤の指定が胚発生の初期に行われることが明らかになりました。この研究の多くはニワトリで行われてきましたが、最近ではウサギでも同じようなパターンの指定が行われていることが示唆されており、これらの生物はいずれもヒトの胚発生のモデルとして使用されています。

指定の背景にあるシグナルを理解します

胚のある領域が特定された後、研究者たちは、どのようにしてタンパク質のシグナル、そして胚の中での組織の位置が、細胞を特定の発生経路に送り込むことになるのかを明らかにすることにも興味を持っています。神経堤については、骨形成タンパク質や線維芽細胞成長因子などのタンパク質の組み合わせが、将来の神経堤に隣接する組織やその下にある組織から発せられて、この細胞の運命を誘導することがわかっています。このようなシグナルは、これらの細胞で特異因子タンパク質の発現を誘発し、神経堤経路へと導いていくのです。