皮膚表皮のバリアをうまく保ちながら, バリアを作っている表皮細胞自身はどうやって新陳代謝して入れ替わっているのでしょうか？我々は, この謎を解く鍵が, ひとつひとつの細胞の形にあることが初めて明らかにしました。皮膚の細胞は, ケルビン14面体と呼ばれる, 空間を効率良く埋めるために最適な多面体が平たくなった形をしていました。この形をうまく利用して, 規則的な順序で細胞が入れ替わることにより, 丈夫な皮膚バリアを保ったまま, 次々と古い細胞を垢として捨て, 常に瑞々しい皮膚を保つことができることが, 詳細な顕微鏡観察とコンピュータシミュレーションにより初めて明らかになりました。
In multicellular organisms, cells adopt various shapes, from flattened sheets of endothelium to dendritic neurons, that allow the cells to function effectively. Here, we elucidated the unique shape of cells in the stratified epithelia of the epidermis that allows them to achieve homeostasis of the tight junction (TJ) barrier. Using intimate in vivo 3D imaging, we found that the basic shape of TJ-bearing cells is a flattened Kelvin's tetrakaidecahedron (f-TKD), an optimal shape for filling space. In vivo live imaging further elucidated the dynamic replacement of TJs on the edges of f-TKD cells that enables the TJ-bearing cells to translocate across the TJ barrier. We propose a spatiotemporal orchestration model of f-TKD cell turnover, where in the classic context of "form follows function," cell shape provides a fundamental basis for the barrier homeostasis and physical strength of cornified stratified epithelia.
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