8章　細胞の発生と分化　

限りがある 寿命�

有性生殖と無性生殖　

生殖 reproduction

生物は自分と同じ種類の新しい生物を作ってその数を殖している�

有性生殖 sexual reproduction���♂や♀などの性がある場合�

無性生殖 asexual reproduction� �性が無い場合�

多細胞生物個体�

日々の生きる営みを行う為の細胞 個体のほぼ全ての細胞�

子孫へ遺伝情報を伝える為の細胞 わずかの数の細胞群�

代謝が常に活発�� 特定の時期にだけ働く��

細胞分裂 = 無性生殖�

体細胞 somatic cells

生殖細胞 germ cells��

���元は1個の生殖細胞（卵）�

クローン細胞�

同じ遺伝情報�

加齢 aging 細胞死 cell death

若返りのしくみ�

本質：�異なる遺伝子を混ぜ合わせる�

受精 fertilization

接合 conjugation

成体�

幼体�

世代交代

有性生殖�

無性生殖�

接合　=　有性生殖 例）ゾウリムシ�

世代交代�

世代�

世代�

異なる遺伝子をもつ クローン集団の間 で接合は行われる

寿命は700回 細胞分裂�

接合型と呼ばれる何十種類もの性が存在

接合型E 接合型O

小核

交換�

核融合 受精核�

細胞分裂　=　無性生殖

性的成熟 接合後

50回の分裂�

生活環 life cycle

回転�生殖法の違い�

水クラゲの生活環

細胞分裂により増殖する世代 ��核相は 2n である�

減数分裂により核相 1n の配偶子を形成�

有性生殖により子孫を残す世代�

核相が交代することを核相交代とよぶ

核相交代と世代交代は必ずしも一致しない

単為生殖parthenogenesis

　受精や接合を経ること無く新しい個体を生じる現象　

未受精卵が 発生する�

生殖能力あり

単為発生 parthenogenetic

development

卵細胞の極性�

発生と分化

受精卵 機能的 形態的 特殊化

分裂・増殖

分化 differentiation

ヒト 約200種類の細胞

成体 adult

発生 development 体細胞分裂と卵割の違い

娘細胞は成長して元の大きさに戻る

娘細胞（割球）は成長せずに次の分裂を繰り返す

細胞は小さくなってゆく�

極体が生じる場所

動物極の反対側

直角２等分する面

カエルの発生 桑実胚� 胞胚� 原腸胚�

神経胚�初期�����������������中期���� ��������後期�

2��������������4�������������8�����������16�����������32�

内胚葉

中胚葉

外胚葉

各胚葉から分化する器官

原腸胚� 神経胚�

神経系・感覚器

泌尿器・循環器

骨格・筋

生殖

呼吸器

消化器

分化を決定する因子

例）線虫の場合 Caenorhabditis elegans

例）　ショウジョウバエ　Drosophila

未受精卵で転写された　 mRNA（母性遺伝子）

卵細胞質中の 物質

の濃度勾配 胚の極性を決めている因子

受精後に翻訳 胚の前後・背腹・ 左右の軸を決める

決定因子 determinant

脊椎動物などの場合 胚の中での近接する細胞同士の相互作用 予定運命 fate

１個体が約１０００個の細胞 全遺伝子配列が判明 細胞の系譜が全て明らか

シュペーマンの交換移植実験

初期原腸胚の時期 移植を行っても 分化は正常に起こる

後期原腸胚 移植を行うと 余分な神経を形成

予定運命が決定されている�

Fate Map

脳下垂体からFSH（卵胞刺激ホルモン）放出を促す因子 TGF（Transforming growth factor）-βファミリーに属する

形成体

両生類胚の初期原腸胚

原口背唇部 他の胚に移植

２次胚を形成

形成体 organizer

この誘導を生じる本体 　浅島誠（東大）が発見

アクチビン activin　

ペプチド　　232のアミノ酸から構成される 　　　　　　　親水性の短いタンパク質

　濃度依存的に様々な組織の形態形成を誘導する　

50 ng/ml 脊索 5 ng/ml 筋肉 0.5 ng/ml 血球�

眼の発生 細胞間相互作用の一例

原口背唇部�分化�

眼杯�分化�

外胚葉（表皮）�

誘導�

分化�水晶体�

表皮�

誘導�

角膜�分化�

赤道面付近の細胞�

卵細胞の極性�

外胚葉�

誘導�

分化�神経管�

段階的に起こる誘導 　どの一つが欠けても 　　正常な眼は形成されない

四肢の発生 例）ニワトリGallus gallus

外胚葉性 頂堤 apical ectodermal ridge（AER）

抑制

中胚葉 分化�

翼�

肢芽後部 極性化域 zone of polarizing activity (ZPA)

誘導

極性化域 肢芽の前部に一部だけ移植

濃度依存的な誘導 前後軸に沿ったパターン形成

鏡像的な 過剰指が形成される

肢芽の前部に多量に移植

過剰指が形成される

FGF-4　 fibroblast growth factor

ソニック・ヘッジホッグ sonic hedgehog

Hedgehog の名前の由来は，この hedgehog 遺伝子の機能を失った変異体の表現型の胚が小さな歯のような突起物に覆われていて， その様がハリネズミ（hedgehog）に似ていることから名づけられたが、3 種類の相同遺伝子のなかでも、sonic hedgehog は、 セガのゲームソフトキャラクターから名付けられた（Riddle et al, 1993,　 Cell, 75，1401–1416.）。

再生芽

分化の安定性

ほ乳類や鳥類では組織が失われた時の 再生能力は低いが筋細胞には見られる

分化細胞：　安定にその形質・機能を保つ

再生 regeneration

筋細胞

サテライト細胞 satellite cell

未分化な細胞

脱分化 dedifferentiation

骨格筋細胞�

軟骨細胞�

再分化 redifferentiation

損傷

皮膚 小腸上皮 造血細胞

再編 生体でもたゆまない分化・増殖と細胞死

例）イモリの肢の再生�

表皮細胞の増殖 脱分化

未分化細胞 再分化 再生

イモリの水晶体の再生

虹彩まで抜き取る

眼のレンズを抜き取る

網膜からレンズの再生がおこなわれる

虹彩上縁細胞が脱色素 脱分化 dedifferentiation

再分化 redifferentiation レンズの再生

多能性幹細胞pluripotent stem cell

分裂停止

G0状態 G1期 or G2期�

特殊化した機能 のみを発現

全能性細胞 totipotent cell

幹細胞 stem cell

受精卵 成体 adult 発生の進行�

分裂・増殖�

分化した細胞�

幹細胞 stem cell

細胞分裂�分化

細胞分裂�分化した細胞�

幹細胞 stem cell

多能性細胞 pluripotent cell

予定細胞死 programed cell death

アポトーシスの語源

apo 離れる ptosis 下に落ちる

アポトーシス apoptosis

ネクローシス necrosis

細胞質変成が細胞質から始まる

細胞の変成が核から始まる DNAの断片化

組織化学的分類

予定細胞死 programed cell death

例）ニワトリの予定細胞死

例）神経細胞

発生過程で過剰に増殖分化

細胞 細胞死 cell death

癌細胞 cancer cell

寿命 life span

分裂限界

不死化した細胞 無限に分裂

分化 増殖

落葉もすなわち予定細胞死の例

シナプスが形成できなかった 20〜70％の細胞は脱落

標的の細胞と神経連絡 (シナプスsynaps)を形成

シナプス形成は偶発的

アポトーシス

アポトーシスの機構

カスパーゼ前駆体

ミトコンドリア�が障害を受ける

Fas リガンド サイトカイン TNFα Lymphotoxinα TRAIL Apo3

Fas

細胞死を誘導するタンパク質 癌研究から見つけられた因子

　　　　　　　　　Fasリガンドの受容体 receptor 活性化

放出 CytC　 電子伝達系

の酵素

細胞質のタンパク質

分解

カスパーゼ caspase タンパク質分解酵素

分解

シトクロムCによる活性化経路 Fas による活性化経路

結合

Bcl-2　 細胞死を抑制するタンパク質 発癌遺伝子の翻訳産物

Bcl-2

カスパーゼ前駆体 活性化因子

カスパーゼ前駆体

アポトーシスシグナル

Bcl-2 抑制物質 活性化 解離

分解

アポトーシス

活性型

細胞老化 cell senescence

運動機能低下 記憶力の低下 組織機能低下 細胞の機能低下

細胞死

個体の老化 細胞の老化

原生動物　　　　　　アメーバ等は無限に分裂する

哺乳類の細胞　　　有限の分裂能 ＝　分裂寿命

疾患の増加 癌

痴呆等

細胞提供者の年令に反比例

早老症患者の細胞分裂能は低い

ヒト　　（40〜60回） 246 = 70 兆

細胞の分裂寿命 個体の寿命

培養細胞の観察

少なくともほ乳類の場合

正の相関

では、分裂の寿命を決めているのはなにものか？

ヘイフリック限界　（1961,　Hayflick and Moorhead)

テロメア仮説

DNAポリメラーゼは�2本鎖にしか結合できない�

プラマーが必要�プライマーはRNAである�

プライマーゼ primase リボヌクレオシドを重合させ�プラマーを合成�

染色体の末端にある

TTAGG という塩基配列の

多数の繰り返し配列

ヒトは約2000回の繰り返し

テロメア telomere

テロメアの長い配列は不死化した癌細胞や 生殖細胞に発見される

染色体�

動原体�centromere の位置

テロメア telomere の位置

細胞分裂の時のDNAの複製 DNA合成酵素 （DNAポリメラーゼ）

RNAは不安定

プライマー部分は分解される

複製の度にDNAは末端 から短くなってゆく

分裂回数をカウントするしくみ