細胞サイズの変化の過程
６年Ａ組

中澤春香

指導教諭

櫻井昭

１．要約
繊毛虫ブレファリズマは、飢餓状態になると共食いすることにより、細胞が巨大化することが知られている。本研究では巨大化したブレファリズマを「ジャイアントブレファリズマ」と呼ぶことにする。
この形態変化の基礎研究においてジャイアントブレファリズマは比率を変えずそのまま巨大化し、大核は二股になっていることがわかっている（2007 東野）。また、餌がない状態にジャイアントブレファリズマを分注すると何らかの過程を経て細胞サイズを小さくすることが観察されている。しかし、それらの形態変化のメカニズムはいまだ明らかにされていない。
そこで、本研究ではジャイアントブレファリズマがどのような細胞なのかを知るため、ジャイアントブレファリズマがどのようにして細胞サイズを小さくするのか、その過程を調べることにした。その結果、ジャイアントブレファリズマは細胞分裂をし、比率を変えずに元の細胞サイズに戻るという傾向がみられた。このことから、ジャイアントブレファリズマは細胞分裂することで細胞サイズを小さくしていることがわかった。
キーワード

ブレファリズマ(Blepharisma japonicum)、大核、細胞周期２．研究の背景と目的的塩類溶液にジャイアントブレファリズマ

繊毛虫ブレファリズマは、特定の環境下を分注すると、何らかの過程を経て細胞サ（飢餓状態）におかれると共食いすることイズを小さくすることが観察されている。

により、そのまま細胞サイズを巨大化させけれども、どのような過程を経て細胞サイる（以下、巨大化したブレファリズマをジズを小さくさせるのか、明らかになっていャイアントブレファリズマとよぶ）。また、ない。そこで、細胞サイズを小さくしてい普通サイズのブレファリズマ（以下、通常る過程を明らかにすることによって、ジャ型ブレファリズマとよぶ）に比べ、大核がイアントブレファリズマが一体どのような二股になり、約 2.8 倍の大きさになる（2007

細胞なのかを知る手がかりになるのではな

東野）。このことから、分裂直前で分裂できいかと考えた。ジャイアントブレファリズなくなった個体が、ジャイアントブレファ

マが再び細胞サイズを小さくする過程を、リズマではないかと考えられる。しかし、細胞形態の変化に注目して追うことにした。

細胞と大核のどちらが先に巨大化している

また、巨大化が細胞サイズの変化を引き起のかは明らかになっていない。また、生理こしているのかどうか、細胞サイズの小型化と核サイズの変化の関係を調べるために、た。そこにジャイアントブレファリズマを細胞サイズと大核の形状の変化を観察した。

1Cell ずつ入れ、25℃で保存した。

本研究の目的は次の通りである。
・ジャイアントブレファリズマの細胞サイズの縮小過程を明らかにする。

16 時間後、分注しておいた細胞の個体数に変化があるかカウントし、それぞれ同様に光学顕微鏡を用い、デジタルカメラで細・ジャイアントブレファリズマの大核が、胞を撮影した。その後パソコン画面上で長細胞サイズを縮小させる過程でどのよう径・短径・面積のサイズを測定した。以後、な変化を見せるかを明らかにする。

同様の操作を 24 時間後まで１時間おきに繰り返した。

３．研究内容熱殺菌、消毒など、無菌操作を心掛けた。

研究Ⅰ
Ⅰ－１

観察時には、他の菌が混ざらないよう、仮説

ジャイアントブレファリズマは、そのまま縮むのではなく細胞分裂により細胞サイ

Ⅰ－３

結果

以下の各グラフの表記はホール内の個体数の違いである。

ズを縮小している。

1Cell：ホール内の個体が 1Cell

Ⅰ－２

2Cell：ホール内の個体が 2Cell

研究方法

①培養方法

3Cell：ホール内の個体が 3Cell

実験材料：Blepharisma japonicum

4Cell：ホール内の個体が 4Cell

R48 株

Deth：ホール内の個体が死んでいたもの

培養液：滅菌したレタスの絞り汁に、バクテリア(Enterobacter aerogenes)を増殖さ個体数せたレタス培養液をエサとして用い、イン1614

キュベーターで培養した（25℃、10 日間、た）。
②観察方法：カウント法とサイズ測定
まずコントロールとして、1000μl ずつ３ホール数（個）500ml から 4000ml まで植えついで増やし

121cell
2cell
3cell
4cell
deth

108642001617192021222324時間（h)回培養液ごと細胞をサンプリングし、光学顕微鏡を用いてデジタルカメラで細胞を撮

18

図１

細胞個体数の変化影した。その後、パソコン画面上で長径・短径・面積のサイズを測定した（測定には１ホール内の細胞の個体数の変化の結果画像処理ソフト Scion Image を使用した）。

である。図１は、ブレファリズマ 16 時間後

また、1ml まで入る穴が３つ開いた厚いスから 17 時間後にかけて 1Cell（ジャイアンライドガラス（ディプレッションスライド）トブレファリズマ）のホールが急激に減り、25 枚、計 75 ホールに 500μl ずつ SMB（ブ2Cell のホールが増えている。また、24 時

レファリズマの生理的塩類溶液）を分注し間後には 4cell のホールが観察される。

なく（長径のみ長くなるなどの部分的な変長径と短径の関係化はなく）分裂によって細胞サイズを縮小

900
800

させていると考えられる。ジャイアントブ

700

レファリズマは分裂するとき、細胞サイズ

長径(μｍ）

600
１Ｃell２Cell通常型

500400を小さくしただけの形になり、分裂した個体はジャイアントブレファリズマの細胞サ300200イズまで戻らない。

1000050100150200250300

短径(μｍ）

図２

長径と短径の関係

長径と短径のサイズ変化においては、図２より、一度細胞分裂したジャイアントブ
レファリズマは、分裂前と通常型ブレファリズマの細胞との中間程度の細胞サイズに

図２は、サンプリングしたブレファリズなっているため、ジャイアントブレファリマの長径と短径の関係である。長径が約ズマは２度の細胞分裂によって通常型ブレ300μm 付近のブレファリズマが通常型のファリズマのサイズに戻るのではないかとブレファリズマ（通常型）であり、長径が推測できる。

約 600μm 付近のブレファリズマがジャイアントブレファリズマ（1Cell）である。そ

研究Ⅱのおよそ中間に分布している個体は１ホーⅡ－１

ル内に２個体みられたときのブレファリズマのサイズである（2Cell）。
1Cell（ジャイアントブレファリズマ）、2Cell、通常型のそれぞれの長径と短径の比が一直線上に並んでいる。

仮説

ジャイアントブレファリズマの巨大化した大核は、細胞サイズの縮小と同様に通常型ブレファリズマの大核の形態にもどる。
Ⅱ－２

研究方法

研究Ⅰと同様に細胞を培養・観察する。

Ⅰ－４ 考察結果より、生理的塩類溶液に分注した１ホ

大核の面積測定ール中のジャイアントブレファリズマがブレファリズマをカルノア液（酢酸：エ2Cell になり、細胞サイズを縮小させていた

タノール＝１：６）で固定し、DAPI 染色ことから、ジャイアントブレファリズマは分を行い、蛍光顕微鏡を用いデジタルカメラ裂することによって細胞サイズを縮小してで細胞を撮影する。その後、画像処理ソフいると考えられる。また、図１の細胞個体数

ト（Scion Image）で大核の面積を測定した。の変化より、生理的塩類溶液に入れてから、およそ 12～17 時間で分裂が行われると考えられる。
また、図２より、分裂した細胞と、ジャイアントブレファリズマの長径と短径の比がほぼ等しいことから、形態を変えることⅡ－３細胞分裂する能力を持っているとわかった。

結果

今回の実験よりジャイアントブレファリズ

細胞面積と核面積の関係

マが細胞サイズを小さくするメカニズムの1 20 0 0

1 00 0 0

特徴に、「長径と短径の比を変えないこと」、

核面積（μｍ２）

80 0 0１ Ｃe ll
2Ｃe ll
通常型

60 0 040 0 0

および「二回の細胞分裂により通常型の大きさに戻ること」があると考察できた。
また、ジャイアントブレファリズマは生

20 0 000

2 00 00

40 00 0

6 00 00

80 00 0

1 00 0 00

12 00 0 0

1 40 0 00

細胞面積（ μｍ２ ）

図３

大核と面積の関係

理的塩類溶液内（餌のない環境）で分裂することができた。では何がジャイアントブレファリズマの大きな細胞サイズを保たせているのだろうか。基礎研究より、分裂直図３は、サンプリングしたブレファリズ

前で分裂できなくなった個体がジャイアン

マの大核、細胞面積の関係を示している。

トブレファリズマではないかと考えられる

図２同様、1Cell（ジャイアントブレファリ（2007 東野）。このことから何らかの物質ズマ）、2Cell、通常型それぞれの、大核とが細胞分裂を止めているのではないかと考細胞面積の比が一直線上に並んでいる。

察できる。細胞は、細胞周期の M 期に分裂Ⅱ－４するため、直前の G2 期チェックポイント

考察

図３の、ジャイアントブレファリズマ（1（図５参照）が関わっているのではないだCell）と、ジャイアントブレファリズマがろうか。この G2 期チェックポイントを通一回細胞分裂した細胞（2Cell）と、通常サ過出来なかった場合は細胞分裂できない状

イズのブレファリズマの、大核と細胞面積態に切り替わる。の比が一直線上に並んでいることから、ジャイアントブレファリズマは、大核と細胞の面積の比を変えることなく細胞サイズを巨大化させ、又、分裂していると考えられる。
しかし、研究Ⅱにおいては細胞固定がうまくいかず、大核のサンプル数が非常に少なくなったため、大核の形状を観察できる満足なデータを得ることが出来なかった。
図５

細胞周期の調節にかかわる分子機構

４．まとめと今後の課題
今回の実験より、ジャイアントブレファ

このとき、G2 期チェックポイントに至るリズマが細胞サイズを縮小させる過程は細までに共食いされたブレファリズマ、また胞分裂によるものだという仮説が実証されは同様な大きさの餌が細胞分裂を阻害してた。よってジャイアントブレファリズマはいる可能性が考えられる。今、細胞分裂に必要とされるのではないかと研究されている分子が、G2 期のジャイアントブレファリズマにおいて、その分子が分裂に十分な量生成されているかどうかを調べることにより、ジャイアントブレファリズマの出来方を明らかにすることができるかもしれない。
また、二股になった大核の形状の変化は、鮮明な写真を撮ることが出来ず、分裂過程の大核変化を観察できなかった。大核の観察において、今後は固定するサンプル数を増やすことと、細胞を破裂させることなく固定する工夫が必要である。
次回の実験では、大核の面積と細胞サイズの関係について、より観察間隔を細かくするなどの工夫を加えジャイアントブレフ
ァリズマの形態変化を調べていきたい。

５．参考文献[1]「繊毛中における接合誘導機構の解析」，
春本晃江[2] 「キャンベル生物学」，Neil A.Campbell,Jane B.Reece

６．謝辞
ブレファリズマの株を分けていただき、培養方法をはじめいろいろとアドバイスをいただきました、奈良女子大学理学部生物科学科細胞情報学分野

春本晃江教授、指導してくださった櫻井昭先生、本当にありがとうございます。