細胞の分化 · StemLab

細胞の分化

ヒトの体には 200 種類以上の細胞がありますが、どれも 1 個の受精卵から生じます。受精卵は分裂して多数の同じ細胞をつくり、その子孫は形・構造・はたらきに少しずつ安定した違いが生じていきます。この過程を細胞分化といいます。分化によって細胞は特殊化し、さまざまな組織ができます。

分化した後も遺伝物質は変わっていません。変わるのは、どの遺伝子が「オン」になっているかです。これを遺伝子の選択的発現といいます。どの細胞にも必要な遺伝子（ATP 合成酵素遺伝子など、ハウスキーピング遺伝子）はどこでも発現し、卵白アルブミン、β-グロビン、インスリンのような遺伝子は特定の細胞でだけ発現します。

まず受精卵を分裂・分化させ、右側でプローブを選んで、細胞の DNA と mRNA をそれぞれ調べましょう。

転写と翻訳の分子レベルの詳細は GeneLab で見られます。

植物細胞の全能性

すでに分化した細胞にも、完全な個体に発生したり、ほかのさまざまな細胞に分化したりする潜在能力が残っています。これを細胞の全能性といいます。1958 年、スチュワードはニンジンの師部の細胞から完全な新しい植物体を育てました。

切り離した組織はまず脱分化して、もとの特有の構造とはたらきを失い、ゆるく集まったカルスになります。分化培地に移すと再分化して、芽と根が出ます。何が出るかはオーキシンとサイトカイニンの比で決まります。比が高いと根が、低いと芽が出やすく、中くらいだとカルスが増えるだけです。

完全な試験管苗には根と芽の両方が必要です。全工程を無菌で行わなければなりません。消毒しないとどうなるか試してみましょう。

動物細胞の核の全能性

高度に分化した動物細胞では、細胞全体の全能性は制限されていますが、核には全能性が残っています。1996 年、科学者は白い顔の雌ヒツジの乳腺細胞の核を、黒い顔の雌ヒツジの除核した卵母細胞に移し、電気刺激で融合・活性化させて初期胚まで育て、代理母ヒツジに移植しました。こうしてクローンヒツジドリーが生まれました。

下のボタンで 1 段階ずつ進めるか、「自動再生」を押しましょう。右側で核・卵母細胞・代理母の提供元を変えて、子ヒツジがだれに似るか見てみましょう。除核しないとどうなるかも試しましょう。

幹細胞と細胞の運命

動物やヒトの体には、分裂し分化する能力をもつ細胞が少数残っています。これを幹細胞といいます。胚性幹細胞は成体のほとんどすべての種類の細胞に分化できますが、成体幹細胞は数種類の細胞にしか分化できません。たとえば骨髄の造血幹細胞は、赤血球、白血球、血小板をつくります。

ワディントンは分化を、坂を転がり落ちるボールにたとえました。それぞれの谷は安定した遺伝子発現の状態で、下るほど谷は深くなるので、分化した細胞はふつう別の細胞にはなりません。2006 年、山中伸弥は 4 つの遺伝子でマウスの繊維芽細胞を「坂の上に押し戻し」、人工多能性幹細胞（iPS 細胞）をつくりました。

幹細胞を放して行き先を見てみましょう。エリスロポエチンを加えたり、繊維芽細胞に再プログラム因子を導入したりしてみましょう。

確認テスト

4 つの課題をふり返り、下の選択問題に答えよう。