寿命の問題を考える 寿命はなぜ決まっているのか 老化、加齢の問題とは何か 細胞分裂の問題を考える その２。 分裂の限界はどのようにきまっているのか 細胞の分裂寿命と個体の寿命 加齢による機能の衰え＝老化 老化：多細胞生物に固有の現象 単細胞生物 細胞分裂をしながら現在まで何億年も 生存してきた． 種に固有の平均寿命を持っている． 多細胞生物 40 30 老化の現象４０㎠の傷の治癒日数 20才 20 30才 40才 10 0 0 14 この遅延化は， 28 42 56 70 ①細胞自身の持つ増殖能力にあるのか 細胞自身に原因を求める ②細胞が増殖するために必要な細胞外環境にあるのか コラーゲンの劣化，ホルモンや免疫系の衰え 血管系の障害の進行 細胞の分裂寿命 （Proliferative lifespan） 組織 トリプシンでほぐ す シャーレにまく 1 PDL ２代培養細胞 集団倍加レベル （Population doubling level=PDL） 仮に，継代のたびに４倍希釈でまき直 せば１継代毎に2PDLずつ増加 ８倍希釈してまき直せば3PDLずつ増加 ＊初代培養でシャーレ一杯になるま での分裂回数がわからないのでこれ は無視する ヒト胎児器官から分離した細胞の分裂寿命 起源組織 平均ＰＤＬ 心臓 9.85 肝臓 19.75 肺臓 46.24 いくらでも増殖を続ける細胞はない．100回を越える 分裂寿命を持つものはない ５０回の分裂の最期に近づくと増殖が次第に遅くなって 細胞はG0期にはいって戻らなくなる 分裂寿命は，由来臓器によって異なる 分裂寿命は細胞固有の性質である 繊維芽細胞供与者の年齢と分裂寿命の関係 PD L Mart inら 1970 75 50 25 0 0- 10- 20- 30- 40- 50- 60- 70- 80- 10 20 30 40 50 60 70 80 90 （才） 老化を支配する遺伝子？ 早く老化してしまう病気（遺伝病） 遺伝的早老症（Progeria） ワーナー症候群（Warner Syndrome） PD L 75 繊維芽細胞分裂寿命と早老症 （Goldstein,19 78） 対照群平均 50 25 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 細胞の分裂寿命は遺伝子に 支配されて いる １．ヒト遺伝子の構造 ヒト染色体 細胞分裂中期の様相 テロメア （telom ere） セントロメア 細胞分裂に先立って複製された染 色体がセントロメア（動原体）に よって束ねられて いる 原核生物（細菌）の遺伝子構造 真核生物（菌類・高等植物・動物） の遺伝子構造 直鎖の２本鎖構造・端がある テロメア領域 テロメア領域 5'- TTAGGG TTAGGG TTAGGG -----3' ６塩基を単位とする反復配列（repeated sequence）（TTAGGG）n. ヒトでは2,000以上反復（１２Ｋｂ） 染色体のＤＮＡ分子 遺伝子 ５’ テロメア サブテロメア 遺伝子 遺伝子 ３’ テロメア サブテロメア ９ ＤＮＡ複製のたびにテロメアは短くなる 線状２本鎖ＤＮＡの複製問題 １１ 3' 5' 5' 3' 5' 複製のラギング鎖 複製のリーディング鎖 3' 5' 5' 5' 5' 5' 複製のリーディング鎖 3' 複製のラギング鎖 5' ＤＮＡポリメラーゼは5' 3'方向に複製していく． 複製のとっかかり （ プライ マー ）が必要＝ＲＮ Ａ リーディング鎖のコピーは一気に．ラギング鎖のコ ピーは小さい 岡崎フラグ メント をつなぎ合わせるや りかたで．このRNAプライ マーは消失後すぐにＤＮ Ａリガーゼで修復される 3' 5' 5' 3' 末端ＲＮＡは分解され消失する 5' 3' 3' 5' 1930年代 B. McClintock H.J. M uller 末端を欠いた染色体が融合しやすいことを発見 Muller : テロメア(telomere)という用語の提唱 1972年 E.H. Blackburn ゾウリムシ( Tetrahymena)でテロメアDNAの 繰り返し配列を発見 1972年 J.D. Wat son ５’末端の末端複製問題の提起 1973年 A.M. Olovnikov ５’末端の末端複製問題と分裂時計、細胞老化機構の関連 について提案 1984年 C.W. Greider テトラヒメナにおいてテロメラーゼ活性の検出 早老症患者の細胞のテロメアも短い kbp 10 5 0 早老症患者 対照群 (Allsoppら1992) 種々の年齢のヒトから採取された繊維芽細胞の分裂可能 回数とテロ メアサイズの相関 ＰＤＬ 60 26-51歳 0-25歳 40 20 51-76歳 5 7 9 平均テロメアサイズ（kb) 11 1988 年 C.W . Greider ヒト細胞の継代培養に伴うテロメア長の短縮の発見 1990年 N.D. Hastie ヒト組織で年齢とともにテロメア長が短縮 癌組織でテロメアが短い 1992年 C.M . C ounter テロメア短縮によって細胞の寿命がつきる こと を証明 短縮したテ ロメアの修復酵素＝テロメラーゼ （telomerase） (Blackburn 1991) TAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGG-3' ATCC -5' 不完全な新生鎖 テロメラーゼによる伸長 TAGGGTTAGGGTTAGGGTTA AATCC CAAT ATCC -5' TAGGGTTAGGGTTAGGGTTA ATCC -5' TAGGGTTAGGGTTAGGGTTA ATCC GGGTTA AATCC CAAT GGGTTAGGGTTAGGGTT CC CAATCCC AATCC CAATCCC AAT-5' DNAポリメラーゼによる伸長 多細胞生物におけるテロメラーゼの発見 テロメラーゼ触媒ユニット遺伝子のクローニング Nakamuraら(1997) Meyersonら(1997) Kilianら(1997) 触媒サブユニットの遺伝子導入と発現 Weinrichら(1997) 中山ら(1998) Bordnarら(1998)の実験 テロメラーゼ触媒サブユニット遺伝子を ヒト網膜上皮細胞および線維芽細胞に導入し発現させた 培養細胞のテロメア長が長くなった 培養細胞の分裂回数が20回以上増加した 網膜上皮細胞 54回から74回へ 線維芽細胞 64回から100回 テロメアとテロメラーゼの機能についての最終証明 、 クローン羊ドリーのテロメア長は？ 大人の羊の体細胞からクローニングしたので 普通の子羊よりテロメアが短いはず？ Shielsら(1999) Nature May 27日号399巻:(316-317) Analysis of telomere lengths in cloned sheep ドリーのテロメア長が短いことを報告 有限寿命細胞： テ ロ メ ラ ーゼの発現がな い 細胞の不死化： テ ロ メ ラ ーゼの発現が必申_ 発生初期の細胞や生殖細胞： テ ロ メ ラ ーゼ の発現の可能ｫあり 生殖細胞のテ ロ メ ア は体細胞に比べ非常に 長い 体細胞へ分化： テ ロ メ ラ ーゼ発現予制 ガン 細胞と テ ロ メ ア ・ テ ロ メ ラ ーゼ
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