細胞はシュワンやシュライデンらの功績により，生物を構成する重要な基本単位であることが示されました．それでは，細胞とは一体どのようにして「生きている」のでしょう？まず，細胞が細胞として生き，複製するため最小限必要な遺伝情報と細胞膜について説明します．
遺伝情報
まず，細胞の中心に位置付けられるのが，遺伝情報でしょう．基本的にすべての細胞は同じ遺伝情報を持ち，自分の役割に応じて，その一部分だけを使用するので，様々なタイプの細胞が存在する訳です．
遺伝情報を書き込まれた分子はDNAです．遺伝情報を記述するのにはたったの４文字しか用いられていません．すなわち，アデニン(A)，グアニン(G)，シトシン(C)，チミン(T)の４種類です．ヒトでは約３０億塩基対の情報が直径８μｍの核の中に収められています．これをコンピュータのディスクに保存しようと思うと７５０Mバイトに収まってしまいます．すなわち，人間を構成する遺伝情報のすべては最近のパソコンのハードディスクにすっぽり収まる程度しか無いことになります．これを多いと考えるか，少ないと考えるか．人間の設計図として考えるなら，驚くほどコンパクトにまとまっていると思いますが，皆さんはどうでしょうか？
現在アメリカを中心として，ヒトの全塩基配列を決定するプロジェクトが進行しています．全塩基配列が決定されても，それで生命の仕組が理解できるわけではありません．その情報をどのように利用するか．そこに生命の本当の姿が隠されているからです．
遺伝情報はDNA上に数万種類存在する「遺伝子」という単位に分けることができます．ひとつひとつの遺伝子は主にタンパク質をコードしています（中には翻訳されたRNAが，そのまま機能を持つこともある）．それぞれの遺伝子の頭の部分にはプロモーターと呼ばれる配列が存在して，その遺伝子がいつ転写されるべきか，また，どの位の頻度で転写されればよいかを決定しています．転写され，タンパク質に翻訳された遺伝子産物は膜，細胞質，細胞外など，それぞれのタンパク質の持つ性質によって仕分け，運搬されて，機能を発揮します．ある種のタンパク質は核に戻り，他の遺伝子の発現をオン／オフします．
研究問題MLから、面白い情報が流れてきました。ある方が、地球上の全DNA量を試算したところ、数百億トンと出たそうです。長さにして数百億光年！。そして、森林伐採などによって年間１千万トンのDNAが失われています。現代のバイオ産業が注目している、動植物の品種改良（遺伝子組み換え作物を含む）、クローン技術や、出生前診断による病気の原因遺伝子の排除を目指した研究は、人間が関与する遺伝情報を画一化しようとする試みです。さて、われわれが歩んでいる道は、果たして正しいのでしょうか？
細胞膜
細胞は膜構造によって，いくつもの小部屋に分けられています．まず，外界の境界にある，原形質膜．ミトコンドリアの膜．小胞体の膜．核膜などです．それぞれの膜はリン脂質の２重の膜の中をタンパク質が泳いでいるような構造をしています．厚さは６０〜１００nｍ．電気抵抗は１００〜１０kΩ程度．膜の性質はどのようなタンパク質が含まれるかによって大きく異なります．
酵素：主に細胞内と膜内の物質を基質として，リン酸化，脱リン酸，サイクリックAMPやセラミドの生成などを行います．リン酸化酵素の代表としては，Srcに代表されるチロシンリン酸化酵素と，TGF-βレセプターの様な，セリン／スレオニンリン酸化酵素があります．G-proteinと呼ばれる一群のタンパク質は，GTPを加水分解してGDPにする活性がありますが，GTPの分解活性は分子全体の活性のオン／オフをするスイッチの役割を果たしているに過ぎず，実際にはアデニル酸シクラーゼや，イオンチャンネルタンパク質に結合して，２次的な効果を発揮します．セラミドは近年，細胞死を制御する脂質情報分子として脚光を浴びていますが，細胞膜内にはこのような情報分子を生成するものもあります．面白いのは，これらの酵素活性の多くが，次の受容体と協調して，細胞外の情報を細胞内に伝達する働きを持っているということです．
受容体（レセプター）：細胞外と細胞内は脂質膜によって隔てられていますが，ホルモンや成長因子などには水溶性の物が多く，そのままでは細胞内に情報を伝えることができません．また，どの細胞にも等しく情報が伝えられては，組織ごとに違った応答をする必要があるとき困ります．そこで，細胞の膜表面には様々なレセプターと呼ばれるタンパク質分子が存在します．例えば，上皮成長因子レセプターやインシュリンレセプターはそれ自体がリン酸化酵素活性を持っているために，これらのレセプターに分子（リガンド）が結合すると，酵素活性が高まって，細胞内にリン酸化されたタンパク質が増加します．また，カルシトニンのレセプターは膜を７回も貫通していますが，それ自体は酵素活性を持ちません．カルシトニンが結合すると，カルシトニンレセプターは上で述べたG-proteinと呼ばれる酵素複合体を活性化して，細胞内のサイクリックAMP濃度を上昇させます．さらに，アセチルコリンのニコチン性受容体はそれ自体がナトリウムチャネルを持っており，活性化＝ナトリウムイオンの流入＝膜の脱分極を引き起こします．
輸送体：イオンなどの分子は膜を通り抜けたり，ポンプの様な作用で汲み出されたりして，細胞内外でその濃度が著しく異なることがあります．イオンはそのままでは脂質の膜を通り抜けられないので，ある特定のイオンのみを選択的に通すイオンチャネル．あるいはATPのエネルギーを利用して濃度勾配に逆らって輸送を行うポンプと呼ばれるタンパク質分子がその輸送を行っています．代表的なものに，Na-K-ATPaseや酸の分泌を行うプロトンポンプなどがあります．
細胞にはこの他にも，エネルギーを作り出す「ミトコンドリア」，タンパク質合成の「リボソーム」，運搬装置「ゴルジ体」，細胞の骨と筋肉「細胞骨格」など様々な器官があります．
細胞の老化
さて，細胞の遺伝情報が代々受け継がれて４６億年ですが，ひとつひとつの細胞はそれ程長く生きることが出来ません．半永久的に受け継がれるのは生殖細胞のみで，その他の細胞は使い捨てです．それでは，生殖細胞とその他の細胞の差とは何でしょうか？
大腸菌などの単純な生物の遺伝子は環状です．つまり始まりも終わりもないので，複製は常に連続して起こります．そのため，大腸菌は老いを知りません．それに対して，ヒトやマウスの遺伝子は直線状になっており，複製する度に両端が少しずつ短くなってしまいます．この短くなるという現象が細胞の老化のひとつであろうと考えられています．それでは，生殖細胞の遺伝子が永遠に子孫に受け継がれてなんともないのはなぜでしょう？その答えがTelomeraseと呼ばれる酵素です．生殖細胞にはTelomeraseと呼ばれる酵素が存在して，短くなった染色体DNAの末端を常に補充しているわけです．
昨年そのTelomeraseを持たないマウスが作られました（Blasco, M.A. et al. Cell 91, 25-34, 1997）．そのマウスは初めの内は正常に発育し，繁殖しますが，その染色体の末端はすこしずつ削れて短くなっていきます（4800±2400塩基／世代）．そして，６世代目あたりまでに染色体異常を起こすようになります．最近このマウスのより詳細な解析が報告されました（Rudolph et al. Cell 96, 701-712, 1999）。それによると、Telomeraseが無いマウスでは、歳をとりやすいというよりも、ストレスや傷の修復などの「活性」が無くなってくるそうです。またガンになる確立も高くなるとか。「いきいきとした状態」では無くなると言う意味なのでしょうか。
ところで，細胞には放射線などによって切断されたDNAをつなぎあわせる働きがあります．それに携わるKu70/80などのタンパク質が染色体の末端同士をもつなぎあわせてしまうのを防ぐ働きがあることも，最近分かってきました（Science 281, 1818-1819, 1998）．
アポトーシス
老化以外にも，細胞を死へと導く仕組があります．例えば，ヒトなどの指は，カエルの水かきのようにつながったものが，水かきの部分の細胞が死ぬことによって，分かれるということがわかっています．そこで，死ぬ細胞はあらかじめ細胞を安全に殺す仕組みによって死へと導かれます．これをアポトーシス（Apoptosis）と呼びます．最近では，様々な生体の機能を実現するために，本当に多くの細胞がアポトーシスによって死へと導かれていることがわかりました．例えば，多量の放射線を浴びた細胞は，遺伝子に沢山の傷を負います．初め細胞は，細胞周期を止めて，その傷を修復しようとします．しかし，どうしても修復できない場合，その細胞が癌になってしまうのを防ぐために，アポトーシスのスイッチを入れます．このスイッチは免疫細胞の様に，増殖能力の強いもの程，早く入るようです．
FASによるアポトーシスの役割
- 免疫応答の終結の時に不要になった活性化T細胞の除去．
- 細胞障害性T細胞や，NK細胞により，ウイルス感染細胞やがん細胞が殺される時．
- 目などの炎症が起こってはならない部位で，炎症を起こす細胞を除去．
アポトーシスの研究は，FASという細胞表面レセプターの発見によって大きな進歩をとげました．すなわち，細胞の死が，細胞の外部からの刺激で起こりうることの発見です．腫瘍壊死因子（Tumor Necrosis Factor）の近縁のタンパク質，およびそのレセプターの研究から，これらの因子がレセプターと結合すると，死のドメイン（Death domain）と呼ばれるドメインを持ったタンパク質がレセプターの細胞内部分に結合します．これらのアダプター分子を通して細胞の中にシグナルが伝わり，細胞のアポトーシスが始まります．
死のシグナルはTRADD, FADDなどの，アダプター分子を通じて細胞内に送られます．現在までに，Caspaseと呼ばれる一群のタンパク質分解酵素が活性化されることがわかっていますが，その詳細な仕組はまだ良く分かっていません．
ミトコンドリアの役割
アポトーシスの実行において，重要な役割を果たしているのがミトコンドリアです．アポトーシスのスイッチが入ると，ミトコンドリアは本来のエネルギー生産をやめて，チトクロームcを放出します．それが，Apaf-1という分子を通してCaspaseを活性化します．
逆に，アポトーシスを抑えるBcl-2という分子のファミリーもミトコンドリアに存在します．Bclファミリー分子は通常Apaf-1と結合して，Caspaseを活性化できなくしていると考えられています．
このように，ミトコンドリアはアポトーシス制御／実行器官である訳ですが，ミトコンドリアの由来を考えてみると，非常におもしろいと思います．ミトコンドリアは，かつて細胞に寄生したバクテリアであったらしいです．実は，それは初めは寄生なんて生易しいものではなく，他の細胞に感染して増殖し，最後にはその細胞を殺して外へ出るという増殖プロセスであったのかも知れません．宿主の細胞はミトコンドリアの遺伝情報を巧みに自分の核に取り込んで，飼い馴らし，その死のメカニズムすらコントロール下に置いたと考えると，「パラサイトイヴ」ではないですが，細胞の進化はミトコンドリアと核との戦いであったのかもしれませんね．立教大の黒岩先生は、ミトコンドリアと葉緑体を１つずつしか持たない非常に単純な紅藻シゾンの解析から、核とミトコンドリアや葉緑体の関係について研究されています（Nature 428, 653-657, 2004）。セミナーをお聞きしましたが、ほぼライフワークとも言える壮大な研究には、頭が下がります。