ヘイフリック限界

ヘイフリック限界とは

ヘイフリック限界とは、細胞が分裂できる回数には限りがあるという生物学上の概念です。特にヒトの体細胞におけるヘイフリック限界について、その発見の経緯、原因、そして生物学的な影響について詳しく解説します。

発見の歴史

1961年、解剖学者のレオナルド・ヘイフリック博士によって、細胞分裂の回数に限界があることが初めて発見されました。この発見は、従来の「細胞は不死である」という説を覆すものでした。その後の研究で、様々な臓器から採取した細胞を培養すると、その細胞の種類によって分裂回数が異なり、また、高齢者由来の細胞ほど分裂回数が少ないことが明らかになりました。さらに、遺伝的な早老症患者の細胞は、健康な細胞よりも分裂回数が少ないことも判明しました。

原因

ヘイフリック限界の原因として最も注目されているのが、テロメアです。テロメアとは、染色体の末端にあるDNAの繰り返し配列のことで、細胞分裂ごとに短縮していく性質があります。ヒトの体細胞では、生まれたばかりの頃はテロメアの長さが約8〜12Kbpですが、加齢とともに短くなり、約5Kbpになるとヘイフリック限界に達すると考えられています。

しかし、テロメア短縮とヘイフリック限界を結びつけることに対しては議論もありました。なぜなら、多くの単細胞生物は無限の増殖能を持ち、培養によって容易に不死化細胞が得られるからです。「ヒト体細胞を培養しても無限の分裂が得られないのは、培養条件が最適でないからだ」という反論もありました。

この議論に終止符を打ったのが、テロメラーゼという酵素の発見です。テロメラーゼは、テロメアDNAを修復する酵素であり、無限分裂能を持つ細胞では活性が高いことが分かりました。一方、ほとんどのヒト体細胞では、テロメラーゼ活性が弱いか、または酵素自体が発現していません。さらに、環状DNAを持つ細胞やミトコンドリアなどの細胞小器官ではテロメラーゼ活性がないにもかかわらずヘイフリック限界を持たないことから、ヘイフリック限界とテロメアの関係は確実視されるようになりました。

影響

細胞がヘイフリック限界に達すると、細胞周期を抑制するタンパク質の発現が上昇します。これにより、細胞は細胞老化と呼ばれる状態になり、分裂を停止します。細胞老化は、組織や臓器の機能低下、加齢に伴う疾患の発症など、様々な現象に関与していると考えられています。

範囲

分裂回数の有限性は、ヒト体細胞に限ったものではありません。一般の動物の体細胞や繊毛虫、酵母など、多くの生物種で認められています。ただし、生物細胞全体としては、分裂回数が有限である細胞はむしろ少数派です。また、動物体細胞以外での体細胞分裂回数の有限性は、テロメアが直接関係していないことが示唆されており、ヘイフリック限界とは異なる現象であると考えられています。

最大寿命との関連

哺乳類では、細胞の分裂限界（PDL）と最大寿命の間には直線的な関係が見られます。例えば、ヒトのPDLは約50で最大寿命は約120年、ウサギではPDL約20で最大寿命は約10年、ラットではPDL約15で最大寿命は約3年です。しかし、魚類など他の脊椎動物では、テロメア長が細胞の分裂限界に関与しているものの、直線的な関係は必ずしも見られません。

メダカの場合、若い個体ではテロメラーゼ活性が高く、細胞分裂後もテロメアが維持されますが、成長が止まる1歳齢以降はテロメラーゼ活性が低下し、テロメアが短縮します。このテロメア短縮が老化を引き起こし、最終的には老衰死につながると考えられています。つまり、メダカにおいては、テロメラーゼ活性を制御することでテロメアの長さを制御し、個体の老化を誘導していると考えられます。これは、老化が遺伝的にプログラムされた積極的なプロセスであり、テロメア長は老化の原因ではなく制御因子の一つであることを示唆しています。

ヘイフリック限界