「세포사」의 아직 숨겨진 수수께끼를 풀다――37조개의 세포가 짜는 세포사회, 그것을 해명하는 세포사회학의 지금까지와 앞으로

2003년에 「네이처 이뮤노로지」, 2006년에 「네이처」, 그리고 2011년에는 「미국 과학 아카데미 기요(PNAS)」, 2023년에는 「Developmental Cell」※1과 세계적으로 권위 있는 학술 잡지에 논문이 게재된 카와네 선생님. 연구의 주된 주제는 대학에서 흥미를 가진 아폽토시스 등의 "세포 죽음". 학부에서는 분자생물학(세포생물학), 대학원에서는 한층 더 기초의학과 그 탐구를 깊게 해왔습니다. 세포는 왜 스스로 죽는가? 또 왜 혼자 죽지 않는 것이 있습니까? 2세기에 태어난 세포사회학※XNUMX를 라이프워크로 여겨지는 선생님에게, 그 탐구의 일단, 및 고교생에게의 메시지를 (들)물었습니다.

※ 1 2003년: Nature immunology/Impaired thymic development in mouse embryos deficient in apoptotic DNA degradation. 2006년: Nature/Chronic polyarthritis caused by mammalian DNA that escapes of the degradation in macrophages 2011 States of America/Cytokine-dependent but acquired immunity-independent arthritis caused by DNA escaped from degradation.
　　　2023: Developmental cell/Apoptotic extracellular vesicle formation via local phosphatidylserine exposure drives efficient cell extrusion.
※2 세포끼리의 상호작용, 또 부감적인 관점에서 세포 이해를 깊게 하자는 학문. 2002년 미국의 생물학자 리 실버 등이 잡지 'Nature'에 '세포사회학: 새로운 생물학의 프론티어'라는 제목의 논문을 발표, 그 후 급속히 발전했다. 2008년에는 국제세포사회학회도 설립되었다.

"세포 죽음"은 생명 활동?

　한 사람에게는 약 37조개의 세포가 있다고 합니다만, 그 대부분은 하루부터 약 3000주일 단위로 신진대사를 반복하고 있습니다. 인간의 경우 하루에 태어나는 세포는 약 XNUMX억개. 그것과 같은 수의 세포가 죽어가는 것으로 생체는 유지되고, 이 밸런스가 무너지면 여러가지 불편이 생깁니다.

　세포를 줄이는데 크게 기여하고 있는 것이 아폽토시스라고 불리는 세포사. 다양한 세포 죽음 중에서도 세포 스스로 죽음을 선택한다는 현상으로, 생체의 유지 외에 태아의 물 긁힘이 탄생시에는 인간다운 손가락의 형태가 되는 등의 발생시의 형태 형성 등에도 공헌합니다. 이 경우 물 긁는 세포가 탄생까지 스스로 죽는 것입니다.

　아폽토시스 프로그램은 모든 세포에 내장되어 있으며, 어떤 원인이나 계기, 또는 지시를 받는 것으로 스위치가 들어갑니다.

　왜 세포는 스스로 죽음을 선택할 수 있는가? 이것은 생물이라는 것의 의사? 에 반하고 있는 것이 아닐까… 현재, 아폽토시스는 생체가 더 잘 살기 위한 영업이며, 생명 활동의 일종이라고 여겨지게 되었습니다. 전체를 살리기 위해 개인이 스스로 죽음을 선택한다. 세포 죽음이 잘 작동하지 않고 필요한 세포가 죽음에 지나는 경우에는 알츠하이머 등의 신경계 질환에 본래 죽어야 할 세포가 죽지 않는 경우에는 암 등으로 이어집니다.

장 상피 세포의 "세포 탈락"의 메커니즘의 한쪽 끝을 해명

　세포 죽음의 해명은 분자 생물학의 발전과 함께 빠르게 진행되었습니다. 그러나 개별 세포가 어떻게 죽는지는 어쨌든, 주변 세포와의 상호 작용을 포함하여 수행되는 죽음에 대한 이해는 여전히 늦었습니다. 그 중에서도 그 전형이 장의 상피 세포 등에서 볼 수있는 "세포 탈락"입니다.　

　상피란 피부나 소화기관 등 몸이나 장기의 표면조직으로, 장의 경우는 안쪽(먹은 것이 통과하는 쪽)의 층에 해당합니다. 장의 내부는 장내 박테리아, 바이러스 및 잡균으로 가득 차 있으며, 신체 조직에 들어가지 않도록 상피 세포는 강한 접착력으로 꽉 끼어 있습니다. 그럼에도 불구하고 물질 대사가 필요하기 때문에 (장 상피 세포의 교체주기는 매우 짧음), 매일 일정 수의 세포가 거기에서 제거되어야합니다. 이를 위한 행동이 세포 탈락입니다.　

　융모(벌써)의 근본, 계곡의 부분에서 태어나 첨단(산의 부분)으로 밀어 올려져 일정 기간 경과한 세포가, 마지막으로 세포층으로부터 떨어져 장관 내부로 떨어져 가는 것【 아래 이미지]. 여기에서 관련이 있는 인접한 세포. 액틴과 미오신으로 구성된 링을 만들어서 대상 세포를 둘러싸고 짜내는 것으로 탈락을 촉진합니다. 죽어가는 세포는 자력이 아니라 인접한 세포로 압출되는 것입니다.

라이브 셀 이미징※으로 새로운 기구를 발견

　최근 우리는, 그 순간을 동영상 촬영해, 한층 더 자세하게 모습을 보는 데 성공했습니다[아래 이미지 왼쪽]. 그것에 따르면, 탈락하는 세포는 자신의 아래 부분을 점차적으로 발아시키게 하고, 결국 스스로 찢어집니다(노란색 화살표). 이 찢어져 생긴, 막에 싸인 세포의 일부는, 지금까지 아폽토시스 소체라고도 불려 온 세포외 소포라고 생각됩니다만, 이것은 인접 세포에 먹을 수 있습니다. 또 이 소포 형성시에, 그것을 형성하는 세포막의 구조에 변화가 일어나, 통상은 세포막의 외측에는 존재하지 않는 인지질 포스파티딜세린(PS)이 노출되는 것도 알았습니다. 흥미로운 것은 세포 사멸 소체가 형성되어 생긴 틈새에 주위의 세포가 들어가 탈락하는 세포에 힘을 가해 밀어 내고있는 것처럼 보이는 것입니다 [아래 이미지 오른쪽]. 탈락해 가는 세포가 스스로의 일부를 뚫는 것과 동시에, 주위의 세포도 거기에 협력한다. 세포사회에서는 이와 같이 세포들이 협조·협력하여 필요없게 된 세포를 제거하고 있는 것입니다.

※라이브 셀 이미징(왼쪽 이미지) 살아 있는 채로의 세포나 조직을 동영상에 찍어, 실제로 눈으로 보는 연구 수법. 전용의 고액의 기기가 필요하고, 본격적인 연구는 대학에서. 프리파라트를 사용한 관찰에서는 포르말린 고정에 의해 죽은 세포가 대상이 되지만, "죽고 있기 때문에 할 수 있는 염색법도 있어, 궁리에 따라 재미있는 실험도 가능"라고 카와네 선생님.

세포 사회학의 관점도 받아들여 장의 미지의 기능의 해명을

　세포 생물학의 지식이 겹쳐짐에 따라, 세포가 사회성을 가지고 있는 것, 우리의 신체가 세포 사회에 의해 성립되고 있다는 이해가 깊어져 왔습니다. 세포는 모여 세포사회라고도 할 수 있는 커뮤니티를 형성하고, 커뮤니케이션을 통해 상호작용하고 있다. 여기에서는 개별 세포를 보는 것만으로는 보이지 않았던 구조도 보입니다.

　세포 사회의 성질이 가장 잘 나타나는 것이 상피 조직. 장상피세포에서는 주위의 세포의 작용을 받고, 또 스스로도 움직이는 것을 확인할 수 있었습니다. 앞으로는 여기에 어떤 커뮤니케이션과 협동이 이루어지고 있는지의 규명이 기다리겠습니다. 어쨌든, 세포의 이해는 개인에게 주목할 뿐만 아니라, 주위의 세포와 어떻게 관련되어 있는지, 즉 세포 사회를 보는 것이 필요해지고 있는 것은 확실합니다.

　덧붙여서 장에 대해서는, 최근, 장내 세균도 포함한 그 환경이, 다양한 장기와 제휴해, 전신의 건강, 나아가서는 수명까지 규정하고 있는 것이 아닌가 하는 견해가 되었습니다 . 장내 환경과 우울증과의 관계도 지적되었습니다. 장 상피에서 세포 탈락의 메커니즘에 대한 추가 규명은 기초 의학에 기여하는 것을 포함하여 점점 더 중요 해지고있는 것이 아닐까요?

어떤 수업, 실험? ――학생 주체로, 연구력 플러스 사회에서 활약하는 힘을 육성

　수업에서는 연구에 필요한 능력과 동시에 사회에 나와서 요구되는 능력도 양성할 수 있도록 궁리하고 있습니다. 실습의 수업이라고 하면 대부분은 실험 순서가 써 있어, 그 대로에 했는지 성공했는지로 끝나 버리기 십상입니다만, 나의 수업에서는, 정체 불명의 샘플을 건네주고, 그것을 다양한 방법으로 관찰하고 뭔가를 맞추는 퀴즈 형식으로 할 수도 있습니다. 학생은 하나의 샘플을 전에 관찰 방법과 그 결과를 바탕으로 어떻게 고찰하면 좋은지를 생각한다. 연구의 의사 체험도 되고 있다고 선배로부터는 호평입니다.　

　연습에서의 그룹 워크에서는, 퀴즈 프로그램과 같은 형식으로, 동료로 공동으로 하나의 대답에 따라가는 활동도 도입하고 있습니다. 학생의 대부분은 기업에 취업해 나가기 때문에, 팀에서 성과를 올리는 대처를 배울 수 있도록 의도한 것입니다. 프레젠테이션에 대해서도 정중하게 지도합니다. 연구도 확실히, 한층 더 연구를 통해서 기업에 취직해도 활약할 수 있는 힘도 익히고 싶다고 생각하고 있습니다.

고등학생에게 메시지

　고등학교까지의 생물은 암기 과목과 같은 측면이 있을지도 모릅니다만, 생물의 세계에도 리굴이나 논리가 있어, 그것에 근거해 생명 현상, 나아가서는 자신들까지도, 깨끗이 설명할 수 있다 그런데 재미가 있습니다. 고등학교 시절, 그런 재미를 가르쳐 준 생물의 선생님과의 만남이 제 원점입니다. 이것들은 대학에 들어가 실험을 쌓아 가는 것으로 눈치채는 재미입니다만, 고등학교에서도 교과서에 쓰고 있는 것을 가려워하지 않고, 왜 이렇게 되어 있는지, 여기에 어떤 의미가 있는지 질문을 세우세요. 생물학은 더 흥미로울 것이라고 생각합니다.