第１節　体細胞分裂

　ヒトの細胞　�@体細胞（体を構成する細胞）
　　　　　　　　　　　　　　体細胞分裂をする　　２ｎから，２ｎへ
　　　　　　　　�A生殖細胞（精子・卵子をつくる細胞）
　　　　　　　　　　　　　　減数分裂をする　　２ｎから，ｎへ
　　　　　　　　　　　　　　（染色体数が半減する）
●第１項　染色体　

　　ヒトの染色体数＝４６本。
　　生物の種類によって，染色体の形や数は一定している

　　　　　　　例．ゴリラ＝４４本、チンパンジー＝４８本

　　　同形同大の一対の染色体＝相同染色体がある

【参考】ヒトの染色体数を調べる技術 　ヒトでは血液を採取し、遠心分離して白血球だけを取る。 　これを細胞培養する，培養液にコルヒチンを加え分裂期の中期で停止させる（紡錘糸形成を阻害するため），水または低張液に入れて細胞を膨潤させ，染色体を広げる，カバーガラス上からおしつぶしてプレパラートを作成する。 　北海道大学の牧野佐二郎の『人類の染色体』（1963年，紀伊国屋新書）に，19世紀末から始まったヒト染色体研究の歴史が記されている。 　ウィニワルター（1912年）　47本説， 　ペインター（1923年）　48本説， 　チョオ＆レヴァン（1956年）　46本説．

【実習】核型分析。 　型紙からヒトの染色体を切り出し，大きい順に相同染色体を対を作り，並べて台紙に貼る。 　染色体の形態を調べる。サイズと動原体の位置に注目して分類する。 　動原体の位置が中央のもの(metacentric)，やや端に寄るもの(acrocentric)，端部にあるもの(telocentric)などに注目して並べる。　　 【ポイント】ペアリングをチェックすることが，減数分裂のときには細胞内で行われている（対合で二価染色体ができることの意義がこれである）。染色体数に異常があると減数分裂がうまくいかず，精子や卵子はできない（したがって，ターナー症候群の女性やクラインフェルター症候群の男性は不妊である）。 　しかし，体細胞分裂では，ペアリングチェックは行われていないので，染色体構成に異常があっても分裂は起こる．したがって，体は出来るのである。

　　　　　　　　　　　　　Table.1.染色体数

　　　　　　　　　　　　　Table.2.性染色体の異常　構成の例

　　Ｙ染色体を持っていると男性化する．　
【参考】Ｙ染色体には男性化の遺伝子がある。

　参考→　｢遺伝子と性染色体｣の別ファイルがある

　　　　　　【図：代表的な染色体の形態】

　　 卵子形成
　　　　卵原細胞→[体細胞分裂]→卵原細胞（胎児期は約100万個ある。出産後は分裂停止）
　　　　→[成 長]→
　　　　卵母細胞→[減数分裂]→卵細胞（→卵子）１個と極体３個（極体は退化）
　　　　　　（46本）　　　　　　　　　（23本）
　　　　卵子形成は更年期まで。

　　

●第２項　体細胞分裂

間期　核がある　　　分裂期 染色体が出現

　　　　　前期　　　　　　　中期　　　　　　　　後期　　　　　　　　　　　終期
　　　　　染色体　　　　　　　中央に　　　　　　　縦裂し　　　　　　　　　　　消失
　　　　　出現　　　　　　　　並ぶ　　　　　　　　　両極に移動　　　　　　　細胞質分裂

前期	前中期	中期	後期	細胞板形成

　中期に染色体が赤道面に並んだときの極面像がもっとも染色体の観察に適している。

　細胞質分裂：終期に起こる
　植物細胞では細胞板形成，　動物細胞ではくびれが入る
　（細胞板は細胞壁になる）　

　　　　　【実習：体細胞分裂の観察】タマネギの根端細胞。

●第３項　細胞周期　cell　ｃｙｃｌｅ

　　　
　分裂前の細胞＝母細胞（mother　cell)，分裂後の細胞＝娘細胞（daughter　cell)

　1953年、ハワードとペルクはオートラジオグラフィでDNA複製期を特定した。

　　□→　間期：分裂準備期（Gap_２期．３時間）→　分裂期（Mitosis期．５時間）→　
　　　　　　間期：合成準備期（Gap_１期．10時間）→　間期：ＤＮＡ合成期（Synthesis期．７時間）→□

　　【参考】ポイントはＤＮＡの複製が間期に起こることである。

　
　　　　　　　　　　　　　　　　　【参考】細胞周期（時間）のデータ（単位は時間）

細胞	全周期	G１期	S期	G２期	M期
ムラサキツユクサ根端細胞	17-22	1-4	10.5	2.5-3	3
ヒマワリ　根端細胞	10.5	3.5	4	1.4	1.6
タマネギ　根端細胞	25	10	7	3	5
結腸　上皮細胞	39	15	20	3	1
小腸　上皮細胞	19	9	7.5	1.5	1
HeLa細胞	25	12-16	8-10	(3)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(図解フォーカス総合生物，啓林館より）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　【参考】分裂各期の時間（単位は分）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(図解生物学データブック，丸善より）

●第４項　細胞分裂と細胞死

▲Ross　Histology　6th edition 2011より 　細胞分裂と細胞死がホメオスタシスを保っているときは釣り合いが取れている。 、細胞消失疾患が、エイズ、アルツハイマー病、パーキンソン病、再生不良性貧血、心筋梗塞。 　細胞蓄積疾患が、がん、円板状エリテマトーデス、糸球体腎炎、ウィルス感染。

●第５項　細胞培養　cell　culture

（１）培養の歴史

　1912年　カレル（Carrel,A.）の仮説「細胞は生体外でも永久に増殖する」

　方法・結果　ニワトリ胚由来の結合組織を85日間、培養に成功。
　成功の秘訣は�@培養液の交換（老廃物の除去）、�A無菌操作、
　　�Bニワトリ胚の抽出液を使う（後年にgrowth factorが発見された）

　細胞を単一培養すると、シャーレの底面に一層に増殖した後で、
　分裂は停止する。接触阻止が起こったのである。
　接触阻止(contact inhibition)を起こし、分裂を終えた細胞は分化し（differentiated）始める。
　増殖を続けさせるには、細胞塊を半分にして新しい培養液に移さなければならない。
　こうして、34年間、ニワトリ細胞は分裂し続けた。
　カレルの死後二年目の1946年、細胞は廃棄された。　　　　　　　　　　

（２）無限に分裂する培養細胞

　1943年　アール　Earle,W.E.　マウスの皮膚由来の細胞
　　　　　培養中に薬剤処理で形質転換を起こしガン細胞化

　1952年　ゲイ（Gey,G.O.）はヒーラ（HeLa）細胞を分離した
　　　ヘンリエッタ・ラックス（Henrietta　Lacks）さんの子宮頚ガン細胞

　「がん細胞には接触阻止が起こらず、増殖を続ける」
　ヒーラ細胞の発見はカレルの無限に分裂する細胞観を補強した。


（３）培養細胞の寿命　

　1961年　ヘイフリックとムーアヘッド（Hayflick & Moorhead）　
　　仮説「正常二倍体細胞は有限の分裂寿命を持つ」
　　方法　細胞が底面に拡大したらトリプシンではがす。
　　　　　半分を新たな容器に植え継ぐ
　　　　　一回植え継ぐ毎に細胞が倍加する。
　　　　（つまり平均一回分裂することになる）
　　　　　植え継ぎ回数＝細胞集団倍加数を数える
　　結果　約50回で増殖が止まる。
　　　　（最初はゆっくり、次第に指数的増殖）
　　　　　最後まで正常二倍体細胞であった。

　　追試：成人由来の細胞は約20回で分裂能力を失った（Hayflick,1965)。

　ヘイフリックらは、ヒトのがんウイルスを発見しようとして、中絶胎児由来の細胞を培養していた。細胞はスウェーデンから不定期に届いた。ヘイフリックはあるとき、培養を繰り返した細胞の分裂が勢いがないのに、新しく届いた胎児の細胞は力強く分裂することに気が付いた。つまり、細胞のエイジングに気づいたわけである。
　
　死にかけていた細胞は８ケ月以上にわたって約50回、継代培養されていたものであることがわかって、ヘイフリックたちは仰天した。
　なにか技術的な間違いを犯したのだろうか。

　二人が考え出した確認方法は性染色体によって男性細胞と女性細胞を識別できることを利用したものだった（ムーアヘッドは染色体学者だった）。たとえば「若い」女性細胞と「年取った」男性細胞を混合して培養する。こうすれば培養条件を等しくする細胞群でエイジングの影響をあぶりだすことができる。
　逆の関係、「若い」男性細胞と「年取った」女性細胞の混合も行った。どちらも若い細胞が生き残った。

　二人は「実験医学雑誌　Journal of Experimental Medicine」に論文を投稿した。これは超一流の科学誌である。しかし、受理拒絶の返信が届いた。理由は「この50年間に組織培養から生じた最大の事実は、正しく育てられたら細胞は無現に増殖するだろうということだ。細胞の死は・・・細胞レベルでの老化によるという推論は著しく配慮が足りないように思われる」というものだった。査読者にはがんウイルス発見者ラウスのサインもあった。
　二人は拒絶された論文を別の雑誌「実験細胞研究 Experimental Cell Research」に送り受理された。
　この論文はその後、細胞生物学で、もっとも頻繁に引用される論文のひとつとなった。

　ところで、なぜカレルの培養細胞は分裂を繰り返したのだろうか。ヘイフリックはカレルの研究技師だった女性から聞いた話をもとにして、次のように推測している。
　カレルの培養法では、培養器の底面に心臓の組織片を貼りつけるためにニワトリ胎児の抽出物を使っていた。この抽出物に新しい細胞が含まれてしまっていたのだ。遠心分離機が不完全だったためだろう。毎日作製されていた抽出物に不純物、つまり細胞が含まれてしまったのだ。
　技師だった女性は培養技術を学んでいた数年間に不思議な現象に気づいたと証言した。新しい分裂細胞は元の細胞塊とは離れた場所に見られたのだ。本来、培養細胞がないはずの場所にも不死の細胞が見られた。彼女は主任研究技師に質問したが、たいした問題ではないと無視され、質問が繰り返されると、職を失うぞと言われた。1930年代初頭のことであった。
　毎日、意図的であったかどうかは分からないが弟子たちは新しい細胞を継ぎ足していたのである。たぶんニワトリ細胞株が評判になるにつれ、弟子たちはボスを混乱させたくなかったのだろう。

　カレル自身が細胞の不死を信じ切っていたという事実は別の例でも証明される。1930年代初頭、カナダのパーカーがカレルの客員研究者であった。パーカーは抽出物を毎日作るのが面倒だったので、週に一度作成したものを冷凍しておき、それを解凍して毎日使う方法を提案した。カレルは冷凍によって栄養物が破壊されるのではないかと懸念した。しかし、カレルを説得したパーカーは冷凍サンプルを使って実験を試みた。すると、細胞は危機に陥った。新鮮な抽出物を使うと危機を克服でき、細胞は蘇った。カレルは自分が正しいと確信した。
　しかし、現代の目でみると、冷凍したからといって栄養物は壊れたりしないのである。冷凍によって壊れたのは、抽出物に混じってしまった新しい細胞であった。

Table.ヒトの胎児と成人の肺由来の細胞の寿命の比較（Hayflick,1965より）

●第５項目　細胞の寿命

（１）ヘイフリック（Hayflick）の「細胞老化のプログラム説」の検証
　＜是＞寿命の長い動物の細胞は分裂回数も多い。
　＜否＞動物により加齢パターンは異なる

▼培養細胞には寿命がある．　

▲寿命の長い動物の細胞は分裂回数が多い．

　ヘイフリックの限界がすなわち老化ではない（オースタッド，1999）．
　個体の寿命には非分裂性の細胞（神経や心筋）の死の方が重要ではないか。

（２）なぜ細胞は分裂回数を記録できるのか→「テロメア短縮仮説」
　　1988年　テロメアの発見
　　DNA末端にTTAGGG配列が繰り返されている。ヒトでは2000回。
　　このテロメアが細胞分裂のたびに複製されずに少しずつ短縮する。
　　がん細胞ではテロメアの修復が起こる（テロメラーゼを持つので）。
　　1998年、テキサスの研究者が正常細胞で、テロメラーゼ活性化に成功。通常の５倍の分裂能力があり、がん化せず。

◆NHKスペシャル　　あなたの寿命は伸ばせる　　発見！長寿遺伝子 　　　　　　　　　　　　　2011年6月12日　21：00〜50分　NHK総合テレビ 　ミトコンドリアと免疫細胞の老化により細胞の老化が進む。 　「寿命を延ばす遺伝子」をONすれば元気なまま寿命が伸びる 　　レオナルド・ガレンテ博士（マサチューセッツ工科大学）が酵母で 　　　サーチュイン遺伝子を発見した（2000年）。その後ほとんどの生物で見つかった。 　　　ガレンテの共同研究者・今井眞一郎（ワシントン大学）博士によると、 　　　この遺伝子は「飢餓」条件への適応として進化した。 　　　老廃物を掃除する遺伝子が起源だったろう。 　　　アメリカで老化を遅らせる実験が行われた。アカゲザルでは20年以上かかった。 　　普通は遺伝子がOFFである。 　　遺伝子をＯＮの方法は餌の違いである。量が通常より30％少ない、 　　つまり「カロリー制限」である。 　　（１）ミトコンドリアが弱ると活性酸素を出すようになる。活性酸素が細胞にダメージを与える。 　　　遺伝子がONになると、活性酸素を消す物質が作られる。 　　（２）免疫細胞が自分の血管を攻撃してしまう。カロリー制限で免疫細胞を弱める。 　　　さらに血管を攻撃する働きを抑制する。 　　アメリカ　カロリー制限協会の人達が実験に取り組んでいる。 　　日本での研究によると、 　　　１日の使うエネルギー量から25％を減らす。空腹になるが、我慢する。 　　　サーチュイン遺伝子がONになり酵素ができ始めた。遺伝子は第10染色体にある。 　　　サーチュイン＝指揮者である。サーチュイン酵素は他の遺伝子の働きを調節する。 　　　３週間後には働き始め、７週間でかなり働きが高まることが分かった。 　　　カロリー制限を止めると元に戻る。 　　　もともと食の細い高齢者がカロリー制限すると低栄養になる可能性があるので要注意。 　　　他の方法はないのか。 　　　アメリカでは、錠剤（レスベラトロール resveratrol）が開発され試験されている。 　　　赤ブドウの皮に微量に含まれる。サーチュイン酵素を強めるらしい。 　　　サプリメントとして販売されている。

◆NHK クローズアップ現代＋　　テロメア 　　　　　　　　　　　　　2017年5月16日　22：00〜30分　NHK総合テレビ 　テロメアを短縮させる主因は？　ストレスである。心配性なヒトのテロメアも短縮傾向だった。 　　　　　　　　テロメラーゼが発見された（エリザベス・ブラックバーン博士）　 　　　　　　　　それと独自に効果があると体験。 　　　　　　　　瞑想（12分/日、43％テロメア増加）。 　ディーン・オーニシュによるテロメアを伸ばす研究 　　　　　　　　有酸素運動、野菜中心の食卓、兵士のカウンセリング、7時間以上の睡眠 　　　　　　　　　→　10％テロメアが増加した

■高木由臣『生物の寿命，細胞の寿命』（平凡社，1993）
■オースタッド『老化はなぜ起こるか』（草思社，1999）
■藤本大三郎『長寿学』（ちくま新書，2000）
■岡田節人『細胞の社会』（講談社BB，1974）
■ヘイフリック『人はなぜ老いるのか』（三田出版会，1996．原著1994）

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