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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
PDL
Martinら　1970
75
50
25
0
010
1 020
2 030
3 040
4 050
5 060
6 070
7 080
8 090
（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）
PDL
75
繊維芽細胞分裂寿命と早老症
（Goldstein,1978）
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
（telomere）
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'-TTAG GGTTAG GGTTAG GG-----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
5'
5'
3'
5'
5'
5'
複製のリーディング鎖
3'
複製のリーディング鎖
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＝ＲＮＡ
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. Watson
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. Counter
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
AATCCCAAT
ATCC-5'
TAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTA
AATCCCAAT
ATCC-5'
TAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTT
ATCC
CCCAATCCCAATCCCAATCCCAAT-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