[エピゲノム入門]2-1. 細胞の機能

このページから学ぶこと

・細胞にはさまざまな形と機能がある

・細胞にはさまざまな「タンパク質」が存在する

・特徴ある細胞が生まれることを「分化」とよぶ

細胞にはさまざまな形と機能がある

エピゲノムの重要性を知る第一歩は、舞台となる細胞について知ることです。

細胞が集まることで、生物の体がつくられています。人間だけでなく、他の動物も昆虫も、あるいは植物も、さらには目に見えない細菌もすべて細胞からできています。

細胞の働きは大きく分けて、①細胞分裂して増える、と②身体のために働く(機能する)がありますが、このエピゲノム入門では、主に②機能する、に焦点をあてて説明します。

細胞いうと、丸または四角のような形を想像するかもしれません。しかし、細胞と一言にいっても、見た目もはたらきも様々です。

例えば、皮膚の細胞は、表面は平べったい形をしていますが、その下(内側)にあるものは丸い形をしています。一方で、筋肉にある細胞は、伸び縮みしやすいように、かなり細長い形となっています。神経細胞は、脳からの情報を遠く離れた場所に伝える必要があるものは、なんと70センチ近い長さをもちます。また、食べ物にある栄養を吸収する小腸の細胞は、表面が凸凹になっていて、突き出ているところや谷間となっているところから栄養素を細胞の中に取り込みます。

他にも、特殊な構造をした細胞があります。血液の中で酸素を運ぶ赤血球は、狭い血管の中でも通れるように、中央が窪んだ形をしています。精子は、卵子に向かって突き進むことを最優先とするため、先端が尖っており、前に進むために尻尾のようなものが生えています。

このように、細胞の形と機能はさまざまです。人間の場合、細胞の種類は千差万別とまではいきませんが、約200種類あると考えられています。

 

 

細胞にはさまざまな成分「タンパク質」が存在する

細胞の形と機能がさまざまという話について、もう少し深掘りしましょう。先ほどは外見に注目していましたが、次は内面、つまり細胞の中に注目します。ここでは特に、細胞の中にある「タンパク質」という成分に注目します。タンパク質といえばお肉などに含まれる栄養素ですが、この記事では「生物の体内でさまざまな機能をもっているもの」という意味で使います。その種類は数万種類にも上ります。

まず、特徴のある筋肉の細胞から見てみましょう。筋肉の細胞の中では、「アクチン」と「ミオシン」という2種類のタンパク質が重要な意味をもちます。アクチンとミオシンは糸のような繊維状の形をしていて、細胞の中で入れ子状になった構造をしています。脳から「筋肉を収縮させる」という信号を受け取ると、アクチンがミオシンの間に滑り込むように移動すると、細胞全体としての長さが短くなり、その結果筋肉が収縮します。

次に、神経細胞を見てみましょう。非常に細長い神経細胞では、一つの細胞の端から端まで電気が流れます。しかし、隣り合う神経細胞の間には空間があり、隣の細胞へ電気を伝えることはできません。そこで、「神経伝達物質」というものを細胞の外に放出し、隣り合う神経細胞は神経伝達物質をキャッチすることで信号を受け取ります。このとき、神経伝達物質を放出する側の細胞では、神経伝達物質を作るタンパク質があり、受け取る側の細胞では、神経伝達物質を受け取るためのタンパク質があります。神経伝達物質は細胞の外にあるので、それを受け取るタンパク質は細胞の表面から突き出ています。

もう一つ、特徴的な細胞を見てみましょう。それは赤血球という細胞です。人間の体には約37兆個の細胞がありますが、そのうち約3分の2は赤血球です。赤血球の役目は全身に酸素を運ぶことですが、この酸素は赤血球の中にある「ヘモグロビン」というタンパク質とくっつきます。ヘモグロビンは、酸素濃度が薄くなると酸素を切り離す性質があります。こうして赤血球は酸素を全身の隅々まで運んでいます。

ここまでで大切なことは、「細胞の種類ごとに、中に存在するタンパク質の種類は異なる」ということです。筋肉の細胞にヘモグロビンはなく、赤血球の中には神経伝達物質を作るタンパク質はありません。細胞の機能に適したタンパク質のみが存在するのです。

つまり、細胞によって形や機能が違うことは、「細胞内のタンパク質の種類が違う」と言い換えることもできます。

細胞の違いを生み出す「分化」という現象

では、細胞の形や機能、そして細胞内のタンパク質の種類の違いを作り出しているのは何でしょうか。それを知るために、一度細胞の歴史を巻き戻してみましょう。皆さんが生まれたときではなく、生まれる前までさかのぼります。

皆さんの最初は、精子が卵子に受精してできた受精卵です。受精卵は、たった一つの細胞です。受精卵が幾度となく分裂を繰り返し、今の皆さんの体を作り上げるようになります。

その途中で、ある細胞は筋肉になるように、ある細胞は神経になるように、ある細胞は赤血球になるようにと、いわば「グループ分け」が起こります。このグループ分けのことを「分化」といいます。

例えば、「筋肉の細胞に分化する」と言った場合には、筋肉の細胞特有のタンパク質が作られるようになり、そして筋肉の細胞特有の形や機能を有するようになります。

では、細胞の分化を引き起こしているものは何でしょうか。それが「遺伝子」です。次の記事では、遺伝子について解説します。

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