生物学

生物学 第11回　多細胞生物への道和田　勝

老化も遺伝子の異常で？ ビデオで見たように、早く老化が起こってしまう疾患の研究がおこなわれて、これらの病気には遺伝子の突然変異が関係することがわかってきました。

早老症の原因遺伝子 Hutchinson-Gilford症候群の原因遺伝子は、核膜のすぐ内側にある核ラミナを構成する構造タンパク質の異常によって起こることが突き止められました。

細胞の図 http://mgl.scripps.edu/people/goodsell/

細胞の図（左から１，２） タンパク質は水色、核酸はピンク、脂質は黄色細胞膜リボソーム

細胞の図（左から３，４） 小胞体ゴルジ装置

細胞の図（左から５，６） ミトコンドリア

細胞の図（左から７，８） 核ラミナ核膜と核膜孔ヌクレオソーム

原因遺伝子 何故発症するか、理由はよくわかっていませんが、核ラミナが異常になり、核が不安定になるためだといわれています。核ラミナにはヌクレオソームがanchoringするために重要だと考えられています。

早老症の原因遺伝子 Werner症候群の原因遺伝子は、DNAヘリカーゼと呼ばれる酵素タンパクをコードしており、染色体の安定性の維持や遺伝子修復に関与していることがわかっています。

発生のお話を 横道にそれましたが、ここで発生についてお話ししたいと思います。発生は、ずっと昔から生物学の大きなテーマでした。最初は均一に見える卵からどうしていろいろな器官が分化して、完全な個体が生まれるのでしょうか。

真核生物の多くは多細胞 これまでは、一つ一つ細胞の構造や働きを述べてきましたが、細胞は孤立しているのではありません。多細胞生物は、1つの受精卵が卵割（細胞分裂）によって、細胞数を増やしていきます。しかもただ単に数を増やすわけではありません。

ウニの発生Ⅰ

ウニの発生Ⅱ

16細胞期 原腸期中割球大割球小割球内胚葉（原腸）の分化陥入による肺葉の分化ウニの場合：中胚葉（間絨織）の分化胞胚期

カエルの発生Ⅰ

カエルの発生Ⅱ

陥入による肺葉の分化 カエルの場合：

胚葉の分化 ウニの場合もカエルの場合も、こうして外胚葉、内胚葉、中胚葉が形成されます外胚葉、内胚葉、中胚葉からは、それぞれ異なる器官が分化してきます

●外胚葉からできる器官 　　表皮　　　皮膚の表皮（毛、つめ、汗腺など）、眼の水晶体、　　　　　　　　角膜、口腔上皮、嗅上皮　　神経管　　脳、脊髄、脳神経、眼の網膜 ●内胚葉からできる器官　　消化管（食道・胃・小腸・大腸の内面の上皮）、えら、中耳、　　肺、気管 ●中胚葉からできる器官　　脊索（みずからは器官を作らないが、脊椎骨や筋肉の分　　　　　化に関与する）　　体節　　脊椎骨、骨格、骨格筋（横紋筋）、皮膚の真皮　　腎節　　腎臓、輸尿管、生殖腺、生殖輸管　　側板　　腹膜、腸管膜、内蔵筋（平滑筋）、心臓、血管、　　　　　　　結合組織

受精卵から発生する 均一に見える一個の受精卵から、どうしてこのように複雑な構造と働きをもつ個体が生まれるのでしょうか。昔から、多くの人々の知的好奇心を惹起してきた、発生（development）と分化（differentiation）の問題がここにあります。

例として眼の発生 脳から突出した眼杯が表皮に働きかけると、表皮が厚くなり内側にくびれて水晶体に分化します。網膜は眼杯の内側の層からできます。

水晶体（レンズ）の誘導 このように、水晶体は眼杯の働きかけによって分化します。このような働きかけによって分化することを「誘導」と呼んでいます。ということは、誘導という現象の本質がわかればよいことになります。

誘導と分化 誘導というのは、細胞と細胞の情報交換に基づいていることになります。横道にそれますが、細胞間の情報交換について、少し調べてみましょう。

人と人の間の情報交換 「握手」のように、直接、接触して相手に情報（敵ではない）を伝えます。

人と人の間の情報交換 言葉によって、相手に情報を提供します。

細胞間の情報交換 ヒトとヒトの間の情報交換の主な手段は言語で、それぞれの単語に意味があります。生体では、この単語にあたるのが分子で、ここではこれを「信号分子」と呼びましょう。一つ一つの分子に意味があります。

例えば成長ホルモン 成長ホルモンは脳下垂体から分泌されるタンパク質ホルモンです。この分子の持つ意味は、「成長せよ」です。前回お話した、手足の骨の骨端の軟骨の分裂と増殖を促し、骨を長くするように働きます。成長期が終わり、骨端線が閉じると成長しなくなります。

例えば成長ホルモン この作用は肝臓を介しています。

成長ホルモン そのため、成長期に成長ホルモンが出すぎると、巨人症（acromegaly）になってしまいます。脳下垂体にある成長ホルモンを作る細胞の腫瘍化が原因です。

成長ホルモン分子 これが「成長せよ」という言葉（分子）

この分子が意味ある言葉に？ 人の言葉が相手に伝わるのは聴覚器官（すなわち耳）で言葉を受け取るからです。信号分子が相手側に伝わるのは、相手に聞く耳、すなわち「受容体」があるからです。

成長ホルモン受容体 細胞の表面に生えています

成長ホルモン受容体 細胞膜

受容体に信号分子が結合 前のスライドの受容体を線で示しています。

結合すると細胞の中に、、 このように成長ホルモンがその受容体に結合すると、細胞内に「成長せよ」という意味が伝わります。「成長ホルモン」と「成長ホルモン受容体」は、「鍵と鍵穴」の関係にあり、この組み合わせでのみ、信号が伝わるのです。

発生の不思議 発生の仕組みについては、長い間、現象を記述し、さまざまな考え方（仮説）が提出されてきました（場の考え、勾配説など）。

前生説と後生説 前生説卵か精子に小さな大人の体制がしまい込まれているのだという考え後生説受精卵が発生の過程でだんだんと大人の体制になっていくという考え

前生説と後生説 前生説は否定されましたが、すべての情報がＤＮＡのかたちで精子と卵にしまい込まれているという意味では、完全に間違いというわけではありませんでした。一方、ＤＮＡの遺伝情報が発現しても、一直線というわけではなく、表現型にいたるまでには、その細胞がおかれた環境の影響を受けます。

眼の発生

眼の発生 水晶体は眼杯の誘導によって表皮から分化網膜は眼杯の内側の層から

脊椎動物の肢の発生 ニワトリの前肢先端－基部軸、前後軸、背腹軸がある

脊椎動物の肢の発生 ニワトリ前肢マウス前肢

脊椎動物の肢の発生 団扇状の肢芽（limb bud）となる表皮のポケットができ、中に中胚葉性の間絨織細胞が入った前肢後肢

肢芽の模式図 青四角、黄色四角、赤丸はそれぞれ細胞を表す

脊椎動物の肢の発生 肢芽 AERによる肢芽の成長翼or後肢

ZPAが肢の前後軸を決める

脊椎動物の肢の発生 肢芽の先端にAERができることで、前肢の先端ｰ基部軸ができる別の遺伝子が、肢芽の後方（ZPA）で発現して前肢の前後軸を決めるホメオボックス遺伝子が、正しい順序で発現して、骨（上腕骨、尺骨とトウ骨、掌骨、指骨）を正しく形成する

生物学

生物学

Presentation Transcript