質問: 大隅良典が分子レベルで解明した、細胞自身が不要なたんぱく質を分解する、「自食作用」ともいう生物の仕組みとは何?
回答: オートファジー

タイトル: 原核生物
この他に微小管を持たず、細胞質流動、エンドサイトーシスを行わない。細胞分裂の際にFtsZリングが出現する、有糸分裂を行わずDNAは細胞膜に付着して移動する、リボソームが70S(真核生物は80S)であることなどいくつか見つけられる。原核生物は非常に多様なので例外もまた多いが、基本的には上記の形質を保存している。そのバイオマス(生物量)は真核生物の数倍から数十倍に達するとも言われている。細菌は、大腸菌などの化学栄養細菌や藍色細菌(シアノバクテリア)などの光栄養細菌からなる多様な原核生物群である。一方、古細菌には海底火山の熱水鉱床付近に生息する超好熱菌、陸上の温泉などに生息する好熱好酸菌、死海などの高塩濃度の環境に住む高度好塩菌、ウシの胃などに存在するメタン生成菌などがあるが、近年になってからは、海洋や土壌などの中低温・中性環境に多様な系統の菌が見つかっている。

タイトル: 不飽和脂肪酸
そして、不飽和脂肪酸が活性酸素と反応して生じる脂肪酸酸化物ラジカルは生体内で比較的長寿命であることから、DNAが活性酸素で切断される発癌機構に対しての寄与も示唆されている。脂質過酸化反応とは、脂質の酸化的分解反応のことを言う。フリーラジカルが細胞膜中の脂質から電子を奪い、結果として細胞に損傷を与える過程のことを言う。この過程は、フリーラジカルの連鎖反応のメカニズムによって進行する。生体機構は、フリーラジカルを捕獲することによって速やかにラジカル反応を停止させ、それゆえ脂質である細胞膜を保護し得る様々な抗酸化物質を生み出してきている。スーパーオキシドディスムターゼ(SOD)、カタラーゼ、ペルオキシダーゼを含んだその他の抗酸化物質が生体内で作られている。

タイトル: エマニュエル・シャルパンティエ
シャルパンティエは、「CRISPR-Cas9」と呼ばれる細菌性免疫システムの分子メカニズムを解読し、それをゲノム編集用のツールに転用するというノーベル賞を受賞した研究で最もよく知られている。特に、彼女はCRISPR-Cas9の機能において極めて重要な非コードRNAの成熟のための新しいメカニズムを発見した。具体的には、tracrRNA(英語版)と呼ばれる低分子RNAがcrRNA(英語版)の成熟に不可欠であることを示した。ウイーン大学でRNA分子の調整機能を研究していたシャルパンティエはCRISPRに関心を持ち、2009年に「化膿連鎖球菌のゲノム内のCas9という酵素タンパク質と2つのRNA酵素がこの細菌の免疫システムで重要な役割を果たしている」という仮説を立てた。そして2011年、微生物に関する国際会議が開かれたプエルトリコのカフェで、ジェニファー・ダウドナに研究仲間を介して偶然出会った。

タイトル: シュードモナス・プチダ
2011年に米アイオワ大学で、P. putida CBB5(遺伝子工学的操作をされていない、土壌から発見された野生株)が、炭素源と窒素源が純粋なカフェインのみの培地上で生育し、カフェインを二酸化炭素とアンモニアに分解することが観察された。これまでの研究では、カフェインやテオブロミンのようなプリンアルカロイドの脱メチル化はカビや哺乳類といったより高等の生物の持つ膜関連シトクロムP450により行われることは知られていた。一方で、炭素源や窒素源がプリンアルカロイド化合物のみでも微生物が生育することは以前から多く報告されていたが、微生物におけるこのプリンアルカロイドの脱メチル化酵素は発見されていなかった。この発見により、微生物がカフェインで生育するための酵素と遺伝子の存在が初めて明らかとなり、カフェイン分解酵素でN-メチル基分解酵素が単離された。

タイトル: 盗葉緑体現象
盗葉緑体現象(Kleptoplasty)は、軟体動物の嚢舌目や繊毛虫・有孔虫・渦鞭毛藻で見られる、餌の特殊な利用法である。餌藻類の葉緑体を細胞内に取り込み一時的に保持する現象を言う 。取り込まれた葉緑体が光合成能力を保持しており、取り込んだ個体がその光合成から栄養を得ている場合は機能的盗葉緑体現象(functional kleptoplasty)と呼ばれる。クロララクニオン藻などでの葉緑体の二次的獲得と異なり、葉緑体をもともと持っていた個体の核は細胞内に取り込まれない。

タイトル: 自然免疫系
肥満細胞は、創傷治癒や病原体に対する防御に深く関わっているが、アレルギーやアナフィラキシーにもしばしば関与している。活性化すると、肥満細胞はヒスタミンやヘパリンを豊富に含む特徴的な顆粒を、さまざまなホルモンメディエーターやケモカイン(走化性サイトカイン)と共に環境中に速やかに放出する。ヒスタミンは血管を拡張し、炎症の特徴的な兆候を引き起こし、好中球やマクロファージを呼び寄せる。食細胞とは、文字通り「食べる細胞」という意味である。食細胞は、病原体や粒子を呑み込む(食作用)免疫細胞である。粒子や病原体を取り込むために、食細胞は細胞膜の一部を拡張し、粒子が包み込まれる(粒子が細胞内に入る)まで、膜を粒子の周りに巻きつけます。細胞内に侵入した病原体は、ファゴソームの中に収められ、リソソームと合流する。リソソームには、粒子や生物を殺したり消化したりする酵素や酸が含まれている。

タイトル: 澤本和延
澤本らは、成体の脳に存在する幹細胞による神経細胞の産生機構を明らかにし、発生・再生医学へ貢献することを目指した研究を推進している。これまでに、エネルギー代謝特性に大きな変動が生じると考えられる低酸素状態における幹細胞・前駆細胞の動態をin vivoで解析するため、長期間生存可能なマウスの中大脳動脈閉塞モデルとcre-loxPシステムを用いた神経細胞標識法を開発し、脳室壁付近の「脳室下帯」に存在する神経幹細胞が虚血刺激によって活性化し、新生ニューロンが梗塞部位へ移動することを示した。グローバルCOEプログラムにおいては、このin vivo解析システムと様々なin vitro培養系を併用して、低酸素状態における神経幹細胞およびそこから生まれる神経細胞の動態を詳細に解析する。

タイトル: 仮足
神経軸索や樹状突起の先端にある成長円錐からも、膜状仮足(または葉状仮足、ラメリポディア、lamellipodium)や糸状仮足が出て軸索伸長に関わっていると考えられている。ガン細胞の浸潤も膜状仮足の働きによることが知られている。また仮足によって固形物を包みこんで細胞内に取り入れる現象を食作用といい、様々な原生生物で見られるほか、多細胞生物でもマクロファージのような細胞が食作用を行う。

タイトル: ナットウキナーゼ
また胃酸でほどけたナットウキナーゼは、小腸で細かく分解され、アミノ酸や2 - 3個のアミノ酸からなるジペプチドあるいはトリペプチドとなり小腸の毛細血管中に吸収される。胃腸の消化酵素による分解を免れたナットウキナーゼ(分子量約27,700)は、小腸から吸収されるのは分子量600以下であるため、大きすぎてそのまま血中に入ることはできない。ある程度の大きさに分解吸収されたペプチド断片等が、間接的に作用する可能性が考えられるが、吸収や分布、代謝のメカニズムは未だわかっていない。臨床研究で用いるサプリメントは、胃酸で失活しないよう腸で溶けるコーティングがされ、納豆に多く含まれるビタミンK(血液凝固に寄与)も除去されている。ビタミンKは低分子の脂溶性ビタミンであり、腸管から血中に吸収されやすい。また納豆菌は熱と酸に強く、納豆摂取後も数日間は腸内でビタミンKを生産し続けることができる。

タイトル: 核ラミナ
このタンパク質分解活性はカスパーゼファミリーの酵素群によって行われ、アスパラギン酸残基の直後が切断される。

タイトル: 栄養素 (栄養学)
例えば、細胞の細胞質基質は水のほかにタンパク質を主成分としているが、細胞の内外や細胞小器官を区分する生体膜はリン脂質を主成分としている。細胞表面には細胞の相互認識などに関わる糖鎖が存在するが、これは炭水化物で構成されている。消化器を持つ生物は口から食品を摂取し、胃や腸で食物を分解し、栄養素として吸収する。ヒトが何らかの理由でこうした通常の食事が行えない場合には、消化管までチューブを通して栄養を送る経管栄養や、点滴静脈注射が行われる。口腔内の粘膜は栄養素を吸収しやすく、消化管経由の消化・吸収よりも素早く血中に物質を送り込める場合があるため、薬剤投与の一経路として利用されている。例えば、ビタミンB12欠乏症に対して、消化器官からの吸収であるビタミンB12の経口摂取による投与と、口腔内から吸収である舌下からの摂取は、どちらも欠乏症に有効であった。

タイトル: 森下敬一
血液からそれぞれの細胞になるのは、組織細胞からの導引である。導引されてある組織に入ったものは、その細胞になる。例えば肝臓に導引されて、周りがすべて肝細胞なのに1個だけ腎細胞になるというわけにいかない。我々の体の中で、細胞が最も代謝されているのは肝臓である。肝臓は猛烈なスピードで代謝されているにも拘らず、肝細胞に分裂能力は無い。森下は永年に亘り顕微鏡を覗いて観察し続け、ついには右目の網膜が焼けるほどで、「右目の視力は殆ど無い」とよく述べていた。それほど観察しても、肝細胞が分裂するのを観たことが無く、また他者が提示した細胞分裂写真も見たことが無い。肝臓は明らかに血球から形成されているし、絶食したり病気になった場合の肝細胞は赤血球または白血球に姿を変えて、肝細胞自体は細胞の膜だけが残って中はがらんどうである。森下は、ウサギをはじめ色々な動物を何十匹も餓死させて実験した。

タイトル: 細胞内膜系
酵母では、脂質のほとんどは小胞体、脂肪滴、ミトコンドリアのいずれかで合成され、細胞膜や核膜ではほとんどまたは全く合成されない。スフィンゴリン脂質の生合成は小胞体で開始され、ゴルジ装置で完了する。状況は哺乳類でも類似しているが、例外的にアルキルグリセロールの生合成の最初の数段階はペルオキシソームで行われる。そのため、他の細胞小器官を閉じる様々な膜は、これらの合成部位から脂質を輸送して構築される必要がある。脂質輸送が細胞小器官の生合成の中心的過程であることは明らかである一方、脂質輸送のメカニズムは未だあまり解明されていない。細胞内の膜が構成要素間で物質交換を行う単一の系であるという考えは、1974年に Morré と Mollenhauer によって初めて提唱された。

タイトル: 利己的遺伝子
利己的遺伝子論(りこてきいでんしろん)とは、進化学における比喩表現および理論の一つで、自然選択や生物進化を遺伝子中心の視点で理解すること。遺伝子選択説もほぼ同じものを指す。1970年代の血縁選択説、社会生物学の発展を受けてジョージ・ウィリアムズ、E・O・ウィルソンらによって提唱された。イギリスの動物行動学者リチャード・ドーキンスが1976年に、『The Selfish Gene』(邦題『利己的な遺伝子』)で一般向けに解説したことが広く受け入れられるきっかけとなったため、ドーキンスは代表的な論者と見なされるようになった。

タイトル: 生化学
DNAのように細胞破砕後に、エタノール沈澱するだけで捕集できるものもあるが多くの場合、細胞破砕後に密度勾配法による遠心分離で目的の細胞内器官を密度により選択し捕集する。溶液には塩化セシウムなどが用いられる。この状態では多くの場合、酵素や受容体は細胞膜に取り込まれていたり、膜の二重層に埋め込まれているので、界面活性剤を使って脂質膜と分離〈可溶化〉する必要がある。目的の生体高分子の精製は古くは半透膜による透析が行われたが、20世紀後半からはゲル濾過クロマトグラフィーやアフィニティークロマトグラフィーにより目的物を精製することが可能になった。代謝による生体内物質の移動や変化の追跡にはトレーサー物質が利用される。古くから放射性あるいは非放射性同位体を組み込んだ生体内物質が広く利用された。

タイトル: 石野良純
2010年代になっていよいよ技術的確立を見ることとなるゲノム編集において、「はさみ役」を担う蛋白質がいかにしてDNAの塩基配列へ導かれてゆくかについてなど、関連諸事の原理解明において石野の発見と分析が礎になっていることを、ゲノム編集技術「CRISPR-CAS9(クリスパー=キャス9)」を開発したエマニュエル・シャルパンティエ教授およびジェニファー・ダウドナ教授らが(2012年〈平成24年〉になって)指摘するようになる。ところが、CRISPRの発見者たる石野はと言うと、酵素「IAP」に関する論文を発表した1987年を境にして、同年中にイェール大学所属のディーター・ゼル(英語版)博士の研究所 (Dieter Söll's laboratory) に赴任し、大阪大学時代の酵素研究からは離れて別の研究に没頭する日々を送ることになった。ここでの研究は1989年(平成元年)まで続いている。

タイトル: ササラダニ
いわゆる分解者として、自然界の仕組みの中では重要な位置を占める。その意味では無関係ではないが、普段それが意識されることはまずない。菌食のものについては、植物病理学の分野で、病原性の菌類を抑制する効果が研究されている。他方、家畜の寄生虫の中間宿主となるものも知られており、その方面でも注目される場合がある。

タイトル: サイトカラシンB
サイトカラシンB は、菌類が分泌する代謝産物の一つ。モノマーのアクチンがアクチン繊維に重合するのを阻害する。細胞に処理をするとアクチン繊維の長さが短くなり、アクチン繊維系が関与する現象が阻害される。

タイトル: 繊毛虫
単細胞生物であるが、群体を形成するものもある。多くのものが細菌や有機物の微粒子などを摂食するが、他の単細胞生物を捕獲して食べる等、明確な捕食者として振る舞うものもある。単細胞藻類を細胞内に共生させる種も知られている。基本的には繊毛、大核、小核、食胞、収縮胞からなる。体は前後に細長いものが多く、腹面と背面が明らかなものもあるが、左右対称ではないものが多い。前方か前方側面に、細胞口と呼ばれる食物の取り込み口を持つものが多い。取り込まれた食物は食胞(しょくほう)という球形の袋の中で消化され、吸収される。残ったものは体外に放出される。収縮胞は、体内の水分や老廃物を排出する役割をしている。細胞内には複数の細胞核があり、生殖用(小核)と生活用(大核)に機能が分かれている。繊毛虫の最大の特徴は、運動器官としての繊毛である。

タイトル: 従属栄養生物
多くの従属栄養生物は、炭素源として有機炭素(例:グルコース)を使用し、電子源として有機化学物質(例:炭水化物、脂質、タンパク質)を利用する化学有機従属栄養生物である。そのため、従属栄養生物は食物連鎖の「消費者」と言える。従属栄養には腐生、寄生、ホロゾイック栄養(holozoic nutrients)などの形態も含まれる。それらは、オートトロフによって生成された複雑な有機化合物(例えば、炭水化物、脂肪、タンパク質)をより単純な化合物(例えば、炭水化物をグルコースに、脂肪を脂肪酸とグリセロールに、タンパク質をアミノ酸に)分解する。それらは、炭水化物、脂質、タンパク質に含まれる炭素原子と水素原子をそれぞれ二酸化炭素と水へと酸化することにより、化学エネルギーを獲得する。従属栄養生物は、呼吸、発酵、またはその両方によって有機化合物を異化することができる。

タイトル: テオドール・ヴィルヘルム・エンゲルマン
彼は最も光合成的に活性な領域が細菌の濃度が最も高いと結論付けた。細菌は赤と紫の光の領域に蓄積し、このことはこれらの波長の光が最も光合成活動を起こしたことを示している。しかし、この実験は太陽を光源として使用したため多少の欠陥があった。彼は太陽がすべての可視光波長の光を同じ強度で放出するわけではないという事実を説明できなかった。ただし、植物色素のさらなる分析により、結果が有効であることが証明された。1年後、エンゲルマンは紅色細菌が同じように紫外光を利用することを発見した。