Research that responds to the desire to live longer and be healthier has led to the discovery of life extention through calorie restriction. Interestingly, this mechanism is conserved from nematodes to mice to primates. Important molecular mechanisms for this longevity effect is the suppression of gene expression and metabolism, including respiration, through upregulation of sirtuin genes and suppression of mTOR signaling.

  Cells can rejuvenate by dividing. Since bacteria are infinitely dividing cells, they have no lifespan. Bacteria, however, cannot always divide in the real world and fall into a situation where they have to endure. Such bacteria are called persisters. A thorny problem in medicine is the presence of drug persisters. Mycobacteria are particularly well resistant to medication. Mycobacteria tend to persisters.

  Mycobacteria produce Mycobacterial DNA-binding protein 1 (MDP1). MDP1 is an intrinsically disorder protein (IDP) that represses transcription and proliferation by the intrinsically disorder region (IDR). MDP1 also induces tolerance to the isoniazid, phenotype of dormant M. tuberculosis by suppressing the expression of the isoniazid-activating enzyme KatG. Thus MDP1 induces persisters of mycobacteria.

  As the function of MDP1 became clear, I was aware the overlap between the activity of MDP1 and the mechanism of longevity in eukaryotes. It is interesting that there are many commonalities in the mechanisms by which even cells that cannot divide and would normally age and reach the end of their life span continue to live.

  If the function of MDP1 can be suppressed, it can be expected to shorten the period of disease treatment. Drugs that can inhibit the function of IDR are candidates for this. IDPs deviate from the classical ‘lock and key’ model of protein binding and have been excluded as drug targets in traditional drug discovery.

  In human, misfolding of IDPs causes cancer and intractable diseases such as Alzheimer’s disease. It can be said that difficulty of drug discovery against IDP/IDR is the reason for causing the intractable diseases.

  If we can establish way of drug discovery method against IDP/IDR, it may be possible to shorten the treatment period for mycobacterial diseases, and it will open the way to treatments for intractable diseases such as cancer and neurodegenerative diseases. Targeting molecules with inconsistent structures will not be easy, but it is a challenge that science must overcome.

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ヒトなどの初代培養細胞では,培養ストレスによる細胞老化に加えと呼ばれる分裂回数の制限があるため,in vitroにおいて初代象牙芽細胞を用い十分な解析を行うことは困難である.このため,象牙芽細胞の分化機構に関して不明な点が多く残されている.したがって細胞寿命を延長することにより,これまで不明であった象牙芽細胞分化機構を詳細に分析できるものと思われる.本研究の目的は,ヒトテロメレース触媒サブユニット(hTERT)および16型ヒトパピローマウイルス(HPV)のE6,E7遺伝子をイヌ歯髄細胞へ遺伝子導入することにより,不死化イヌ歯髄細胞株を樹立し,その特性を解析することである.ビーグル犬前歯から採取したイヌ歯髄細胞(DDP)に,レトロウイルスベクターを用いてhTERTおよびHPV E6,E7遺伝子を遺伝子導入して不死化細胞株DDP(E6E7/TERT)を樹立した.樹立した細胞のin vitroにおける石灰化能は,Alkaline phosphatase(ALPase)染色,アリザリンレッド染色によって評価した.また,硬組織関連遺伝子(osteopontin,type I collagen,Runx2)の発現をRT-PCR法により分析した.その結果,樹立したDDP(E6E7/TERT)は正常細胞と比較して寿命が延長していただけではなく,石灰化能を維持しており,硬組織関連遺伝子を発現していることが確認された.

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「原核細胞から真核細胞へ」,「Germ から Soma へ」,「分裂性細胞から非分裂性細胞へ」,「1倍体から2倍体へ」,「単細胞から多細胞へ」という進化の方向性に沿って, 細胞寿命 (分裂限界) と生物時間の起源について考察し, 提唱した作業仮説をゾウリムシで検証する実験について紹介した. (1) 原核細胞から真核細胞への移行に際し, 直径で約10倍, 容積で約1,000倍の細胞の大型化が起こった. 細胞の大型化は情報の大型化を伴った. (2) 大型化に伴い, (1) 大容量DNAの収納, (2) 細胞表面積の不足, (3) 細胞内輸送, (4) 細胞構造の保持, (5) 突然変異の蓄積, といった問題が生じた. (3) (1) に対応して核と染色体構造の構築, (2), (3) に対応して細胞内膜系の発達, (4) に対応して細胞骨格の発達という真核細胞に共通の特徴が確立した. (4) 真核細胞の特定の系統で, (5) に対応する策として,「Germ と Soma への分化」,「ゲノムの2倍体化」が起こった. (5) 生物が置かれた環境の中で,「時機をみて」2倍体 Germ が1倍体化するようになった. 1倍体化の時機を計ることが発生時間の本質であり, 有性生殖を行う性成熟開始までの時間制御の基礎となった. (6) 一方,「2倍体 Germ の1倍体化機構」は「2倍体 Soma の分裂停止機構」とカップリングした. すなわち「細胞寿命」は, 当初,「2倍体 Germ が1倍体化するまでの分裂回数」であった. (7) のちに分裂停止機構は死の機構へと発展し, 形態形成が可能となったことにより, 多細胞生物の登場を促した. この仮説のうち, 特に (4), (5), (6) が本論の要諦である. ゾウリムシの発生系において, Germ の1倍体化機構と Soma の分裂停止機構とのカップリングを外す方策について考え, 2倍体 Germ が1倍体化出来ない突然変異株を分離する試みについて紹介した.

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自己複製能と多分化能をもつ造血幹細胞は骨髄において生涯造血を維持すると考えられてきたが，近年の報告により，造血幹細胞の分裂速度は予想されていたよりもはるかに遅く，血液恒常性を維持しているのは造血幹細胞ではなく，限られた自己複製能しかもたない造血前駆細胞であることが明らかになりつつある。一方，感染などの造血ストレスが生じる場合には，末梢組織での細胞消費に応じた造血産生が必要になるため，造血幹細胞も動員した組織だった造血活性化が起こることが予想される。定常状態および感染時の造血幹細胞の分裂挙動に関する最新知見を紹介し，炎症が造血幹細胞機能および造血制御に与える有益または有害な影響について議論する。

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体外環境における培養技術が2次元から3次元に発展する中，“ミニ臓器”とも称されるオルガノイドの培養技術とその臨床応用が高い注目を集めている．オルガノイドは諸臓器・組織に備わる機能単位を体外でより忠実に再現することが可能であり，生理的な機能の解析だけでなく病態の再現や治療薬開発においても重要なプラットフォームとして活用が拡大している．また，オルガノイドに自ずと備わっている幹細胞機能を利用し，患者自身から樹立した自家オルガノイドを移植し，再生医療に役立てるための臨床研究が開始されている．本稿では現在のオルガノイド培養技術の展開状況を概観し，合わせて消化器領域における臨床応用への取り組みを紹介したい．

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精子幹細胞はほぼ個体の一生にわたって毎日莫大な数の精子を産生する。その基盤が幹細胞特有な現象である自己複製分裂である。精子幹細胞にウイルス遺伝子導入により固有の標識を施し精子形成への寄与の動態を調べたところ、その寿命は極めて長いことがわかった。一方精子幹細胞には休眠期がなく全てが分裂していた。これらは精子幹細胞が活発かつ長期の自己複製活性を持つことを示す。精子幹細胞を試験管内で長期に増幅する培養法（Germline Stem; GS細胞）により幹細胞を大量に調製することが可能となり、生化学的解析や遺伝子改変により精子幹細胞の自己複製制御機構などバイオロジーの解明に役立った。またGS細胞は子孫を作成できるため、新しい生殖工学発展の可能性を秘めている。今後この技術が幅広く非齧歯類にも展開し、不妊治療や疾患モデル動物の作成などに繋がることが期待される。

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Cellular aging is one of the most extraordinary phenomena that mammalian cells undergo in vivo and in vitro. We have been observing their behavior for approximately 4 decades and here would like to summarize some of our salient findings. Normal cells such as human diploid cells exhibit finite growth potential in vitro as well as a set of senescent cell phenotypes. Those changes appear probabilistic and irreversible. In the search of the factor(s) to evoke the features we have observed that cellular glycosaminoglycan molecules plays significant roles in the cell physiology. Besides, CCAAT-box binding transcription factor NF-Y relates to the aging-coupled changes in gene expression, and aging of gastric mucosal cells may relate to a decrease in cytoprotection. As to the intracellular signaling, we have confirmed that the breakdown of phosphatidylinositol bisphosphate is critical for mitogenesis by using micro-injection of its antibody. Subsequently, we have discovered a novel, pivotal adaptor protein Grb2/Ash, a missing link between the receptor tyrosine kinases and their downstream target Ras. The limiting factors for the cellular life span have been considered as telomere shortening and accumulation of cellular and genomic damages. We have observed that telomerase-expressing cells exhibit expanded division potential; yet oxidative stress similarly induces senescent cell phenotypes. Herein we have demonstrated that the treatment of senescent cells with nicotinamide or related reagents elicits unique cellular responses, which might indicate the capability of the cells to recover from the aging.

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