アポトーシス：発生、健康、疾患におけるプログラム細胞死

主な特徴と段階

アポトーシスを起こす細胞は、他の細胞死の形態と区別される特徴的な変化の連鎖をたどる。

• 細胞の縮小と、核（クロマチン）の凝縮。
• 細胞膜のブレブ形成、および膜に包まれたアポトーシス小体への分解。
• DNAの断片化と、細胞内構造の制御された解体。
• 食細胞による速やかな認識と貪食。これにより、炎症を誘発する内容物の放出が防がれる。

分子機構

アポトーシスは、大きく二つの経路によって誘導される。一つはミトコンドリアを中心とする内因性経路、もう一つは細胞表面のデス受容体によって開始される外因性経路である。両経路は、死のプログラムを実行するカスパーゼと呼ばれるプロテアーゼ群に収束する。Bcl-2ファミリーの構成員などの調節タンパク質は、ミトコンドリア膜の完全性に影響し、細胞がアポトーシスを起こしやすいかどうかを左右する。

発生および生理学的役割

アポトーシスは発生中の組織を形づくり、一時的な構造を除去する。たとえば、胚の肢の形成時に指趾を分離する働きをもち、多くの器官形成段階において胎児でも活発にみられる。より広くは、組織の更新と恒常性に寄与する。器官の大きさと機能を維持するため、通常はアポトーシスの速度が有糸分裂による細胞産生と釣り合っている。また、免疫系の発達や、成体組織における損傷細胞・感染細胞の排除にも役立つ。

臨床的意義、検出、利用

アポトーシスの調節異常は多くの疾患に関与する。アポトーシスが不十分であると、がん細胞の生存を許すことがある一方、過剰なアポトーシスは神経変性疾患や一部の組織消耗に寄与する。研究者や臨床家は、DNA断片化を調べるTUNEL法、ホスファチジルセリンの露出を検出するAnnexin V結合、カスパーゼ活性試験などにより、アポトーシス細胞を検出する。治療戦略では、がんではアポトーシスの促進を、変性性の病態ではその抑制を目指す。

ネクローシスとの違いと注目すべき事項

アポトーシスはネクローシスと異なる。アポトーシスは秩序だった過程で、一般に非炎症性であるのに対し、ネクローシスは急性の傷害によって起こることが多く、炎症を引き起こす。プログラム細胞死という概念は、科学者が発生と疾患におけるその役割を記述したことで、20世紀に広く認知されるようになった。生物学における中心的な位置づけから、アポトーシスは発生生物学、免疫学、医学における重要なテーマである。アポトーシスが重要な組織の状況については組織動態を、思春期前に生じる変化などのライフステージ上の変化については関連項目を参照。

参考資料と関連情報：定義と基礎、肢の発生、出生前発生、細胞分裂の均衡、組織リモデリング、発生の時期。