アポトーシスの物語: 細胞による死の芸術

細胞死自体は特に注目に値するものではありません。あらゆる生物において毎秒数千万の細胞が死滅します。しかし、オーストラリアの若い博士課程学生ジョン・カーが 1962 年に顕微鏡で観察したものは、細胞がどのように死ぬかについて生物学者がこれまで知っていると考えていたものとは根本的に異なっていました。つまり、細胞の内容物が破裂する代わりに周囲の領域に溢れ出て炎症を引き起こし、順番に他の細胞に影響を与えるために、カーが興味を持って研究した細胞内では、注意深く演出された演技による微妙なドラマが起こっているように見え、それは細胞の静かな自殺で終わった。これは古典的な意味での死、つまりギリシャ語で殺人を意味するネクローシスに由来するいわゆる壊死ではありませんでした。それは第二の死の形に違いなかった。顕微鏡で一見したところ、細胞は風船のように膨らんだり破裂したりはせず、長期間保存されたリンゴのように縮んだため、カーはこの明らかに新しい死に方を「収縮壊死」と呼び、そのまま放置した。しかし、研究者はこの奇妙な生物学的現象を放っておくことはできませんでした。発見から 3 年後、現在ブリスベンのクイーンズランド大学の病理学者であるカーは、再び収縮壊死症を患いました。今回、彼は電子顕微鏡を使って細胞死を調べ、細胞ドラマのさらに驚くべき詳細を観察するのに役立ちました。たとえば、彼は、生活に疲れた細胞がどのようにして隣の細胞から離れ、魔女の大釜の中身のように「沸騰」し始めるのかを見ました。細胞の滑らかな膜に無数の泡が現れ、すぐに再び消えました。直ちに新しいものと交換するのみとなります。その後すぐに、細胞は多くの小さな破片にばらばらになり、最終的には無に消えたかのように見えました。細胞には自殺プログラムが組み込まれているべきでしょうか?さらに7年が経過し、カーはアバディーン大学のスコットランド人の同僚であるアンドリュー・ウィリーとアラステア・カリーとともに観察を書き留め、1972年に出版した。科学者らは論文の中で、細胞の死の芸術のプログラムされた個々のステップを説明し、その一連の流れ全体を、ギリシャ語のアポ（離れる、行く）とプトーシス（減少）に由来する「アポトーシス」と呼んだ。「私たちは、秋に木から落ちて地面に沈む葉を思い浮かべました」とカーは名前を説明しました。この出版物は現在では画期的なものとみなされています。それにもかかわらず、アポトーシスが純粋に学術的価値のある基礎研究における単なる偶然の観察以上のものである可能性があるという証拠が増えるまで、さらに10年間、それはほとんど注目されませんでした。「アポトーシスがなければ、生命は存在しません」と、世界有数のアポトーシス研究者の一人であるハイデルベルクのドイツがん研究センターのピーター・クラマー氏は、その意味を要約して述べています。この生理学的死が細胞にプログラムされていないと、生物は成長することも、生きて健康を維持することもできません。アポトーシスは、最初に想定されていたように、胚発生中に中心的な役割を果たすだけでなく、人間や動物の生涯が終わるまで続く基本的な生物学的プロセスです。科学者たちは現在、動物細胞の自発的死と非常によく似た植物の自殺プログラムも発見しました。多細胞生物の発生におけるアポトーシスの重要性を示す最もよく知られた例は、オタマジャクシのカエルへの変態です。生理学的細胞死プログラムを使用して、設計図に従ってオタマジャクシの尾が溶けます。

もう 1 つの印象的な例は、線虫 Caenorhabditis elegans です。大きさが約1ミリメートルのこの線虫は、細胞が死ぬ遺伝的指示とスケジュールを研究するのが特に簡単なため、アポトーシス研究者に人気の動物です。 Caenorhabditis は、その発生中に正確に 1090 個の細胞を形成します。その体細胞のうち正確に 131 個は、常に特定の発生系統に属し、線虫が完全に成長するまで、あらかじめ定められたアポトーシスの撤退を開始します。アポトーシスはヒトの胚形成中にも発生します。たとえば、最初は水かきのある膜が装備されているパドル型のハンドシステムが、5 本のきれいな形状の指に分離されることが保証されます。神経系が成熟すると、必要以上に多くの細胞が生成されます。神経芽細胞の 70 パーセント以上は、主に標的細胞に正しく接続されていない特定の段階で死滅します。複雑な構造を機能させるために、自然は細胞を非常に無駄に使用しているようです。これは、神経系の例だけでなく、リンパ芽球が身体自身の防御システムの機能細胞に発達することによっても示されています。ここで、アポトーシスは重要な学習プロセスの役割を果たします。リンパ芽球（免疫系の将来の非常に攻撃的なB細胞またはT細胞）が成熟するとき、誤った発達によりそれらが身体自体の構造に反抗する可能性を排除する必要があります。若い生物の免疫反応が完全に成熟する前であっても、そのような潜在的に「自己攻撃性」のリンパ芽球はすべて死滅する必要があります。ヒトでは、アポトーシスによる排除が、胸骨の後ろに位置する器官である胸腺で、発育約 10 週目から出生まで起こります。胸腺で検査された細胞の 95 パーセント以上はアポトーシスによって除去されますが、臓器から出て身体自身の防御システムの働きに入る細胞はほんのわずかです。アポトーシスのもう 1 つの不可欠なタスクは、成体生物における古い細胞と新しい細胞の間の細胞バランス、いわゆる細胞恒常性の維持です。人間の体を構成している細胞は5兆個以上あると推定されています。これらの細胞の中には、神経細胞、骨格筋細胞、腎臓や汗腺の細胞など、その細胞が属する生物と同じくらい長く生存するものもあります。他の細胞は、より早く使い果たされ、新しいものと交換する必要があるため、寿命が短くなります。たとえば、膀胱の細胞は平均 66 日、皮膚の細胞は約 20 日、絨毛の細胞は平均して寿命です。腸壁の細胞は、3 ～ 5 日ごとに一部白い細胞を更新します。血球は数分しか持続しません。これらの細胞はすべて、「その時間」が経過すると予想通り自殺し、後継者のための場所を作ります。成人の体でも、細胞の絶え間ない死が生存を保証します。あなたがこの記事を読み始めて以来、何百万もの細胞が死滅しました。これは老化した細胞や使い古された細胞だけの話ではありません。深刻な遺伝的欠陥により身体に危険を及ぼす可能性のある細胞も、プログラムされた細胞死を引き起こす信号によって自殺に駆り立てられます。

他の生命プログラムと同様に、アポトーシスも誤って実行される可能性があり、それが悲劇的な結果をもたらすプログラムエラーであることを科学者が発見したとき、この印象的な生物学的プロセスはついにさらに大きな注目を集めるようになりました。

医師や研究者が心臓発作、がん、アルツハイマー病に対してアポトーシスをどのように利用したいと考えているかを、ビルトデアサイエンスの最新号でお読みください。 Claudia Eberhard-Metzger のテキストへのインターネットリンク: 1.アポトーシス中に細胞内で何が起こるか。 2.ドイツがん研究センター発行の雑誌「Einblick」におけるがんとアポトーシス3.オンラインの専門家フォーラムアポトーシス