主な違い – 幹細胞 vs. 分化細胞
幹細胞と分化細胞は、身体の細胞構成に関与する2種類の細胞です。
幹細胞は、生物の一生を通じて絶えず更新される。
幹細胞は、転写因子の影響により、形態的にも代謝的にも異なる細胞型に分化し、独自の機能に特化した細胞となります。
幹細胞と分化細胞の主な違いは、幹細胞は自己複製と成熟細胞への分化が可能な非特異的な細胞であるのに対し、分化細胞は体内で特定の機能を果たすよう特化した細胞であることです。
本記事では、その解説を行います。
- 幹細胞とは
– 定義、形態、種類、機能、例 - 分化した細胞とは
– 定義、形態、種類、機能、事例 - 幹細胞と分化細胞の違いとは？
幹細胞とは
幹細胞とは、体内に存在する特殊化されていない細胞のことで、自己複製能と成熟した細胞への分化能があり、特殊な機能を持つ細胞です。
ヒトの初期胚では、幹細胞は細胞内塊に存在する。
幹細胞は、胎児、胎盤、臍帯の一部の組織や、成人の臓器にも存在する。
成人の臓器では、幹細胞から複数の特殊な細胞種が特定の臓器内で育つことがあります。
例えば、神経幹細胞からは、アストロサイト、グリア細胞、脳神経細胞が育つ。
また、幹細胞から分化した細胞は、それぞれ異なる場所で機能するものがあり、この性質を可塑性と呼んでいる。
一方、多能性幹細胞は、複数の組織を形成することにより分化する。
生物の様々な発生段階において、胚性幹細胞、胎児性幹細胞、成体性幹細胞の3種類の幹細胞が確認されることがあります。
胚の初期に由来する幹細胞は、胚性幹細胞（ESC）と呼ばれる。
内細胞塊は多能性幹細胞からなり、外胚葉、中胚葉、内胚葉の3つの胚葉を生じさせる。
実験室では、この多能性幹細胞を胚盤胞から取り出して、細胞培養株として未分化な段階を維持することができる。
これらの細胞株は、医学的な治療にも用いられている。
胎児の原始的な細胞の種類は胎児幹細胞と呼ばれ、最終的には神経管、心臓、腸、肝臓、ホルモン分泌腺、骨、顔、頭蓋骨、結合組織など様々な未熟な器官に発達する。
造血幹細胞は、胎児の肝臓と血液の両方、および胎盤と臍帯に存在する。
これらの細胞は、複数の種類の血液細胞を生み出します。
図1に胚性幹細胞を示す。
図1：胚性幹細胞
成人の骨髄や脳などの分化した組織に存在する未分化な細胞は、成体幹細胞と呼ばれる。
成体幹細胞は、成体の寿命が尽きるまで自己複製を行い、同一のコピーを作り続ける。
また、組織内の特殊な細胞に分化する能力も持っています。
骨髄と脳のほか、血液、肝臓、皮膚、歯髄、眼球、骨格筋、膵臓、消化管などが、体内に存在する成体幹細胞の供給源です。
成体細胞の中には、多能性を持つものがあります。
造血幹細胞から血球が分化する過程を図2に示す。
図2：造血過程
分化した細胞とは
分化した細胞は、体内で特定の機能を発揮するために特殊化された細胞です。
幹細胞とは大きさ、形など形態的に異なり、代謝活性、膜電位、シグナルへの応答性など機能的に異なる。
幹細胞の分化の仕組みは、制御された遺伝子発現によって支配されている。
分化した細胞の各タイプは、特定の転写因子の配列によって規定される。
胚の初期発生において、モルラ期は受精から5-6日後に胚盤胞に成長する。
胚盤胞は、外側の細胞層である絨毛膜と内側の細胞塊に分離される。
内細胞塊は多能性幹細胞からなり、外胚葉、中胚葉、内胚葉の3つの胚葉を生じます。
この過程を「原腸陥入」という。
内細胞塊が3つの生殖層に分化することを、分化の第一段階と考える。
その後、3つの胚葉は胚発生期に未熟な器官へと分化していく。
分化した細胞は、増殖する能力によって、3つのグループに分けられる。
成人の分化した細胞の多くは、G0期で静止したままです。
傷害など様々な理由で細胞死を起こした結果、分化した細胞は増殖のみを再開する。
例えば、上皮細胞、皮膚線維芽細胞、血管を覆う内皮細胞、平滑筋細胞は、組織損傷を受けると増殖することができる。
例えば、上皮細胞、皮膚線維芽細胞、血管内皮細胞、平滑筋細胞は、組織が傷つくと増殖する性質があり、傷口を修復するために皮膚線維芽細胞は急速に増殖する。
第二のグループは、通常、ほとんど分裂しない分化した細胞です。
例えば、肝臓の細胞は、細胞数が大幅に減少した後、失われた組織を補うためにのみ分裂が促されます。
肝臓の3分の2を切除しても、数週間のうちに肝臓全体が再生される。
脳の神経細胞の一部も増殖が可能である。
第3のグループは、増殖が不可能な分化細胞である。
ヒトの心筋細胞のような分化した細胞は、胎生期に発達・分化し、生涯にわたって保持される。
心筋細胞は、心筋細胞が死んだり、心臓発作が起きたりしても、置き換わることができない。
図3は、分化した神経細胞です。
図3: 神経細胞
幹細胞と分化細胞の違いについて
定義
幹細胞。
幹細胞は、自己複製と成熟した細胞への分化が可能な非特異的な細胞である。
分化した細胞。
分化した細胞は、体内で特定の機能を果たすように特化した細胞です。
増殖
幹細胞。
幹細胞：生体の一生を通じて継続的に増殖する。
分化した細胞。
分化した細胞の中には、高い割合で増殖できるもの、低い割合で増殖するもの、増殖できないものがあります。
形態学
幹細胞。
ほとんどの幹細胞は丸い形をしており、大きさは小さい。
分化した細胞。
分化した細胞は、サイズ、形状、代謝活性、膜電位、シグナルへの応答性など、幹細胞とは形態的に異なる。
活動場所
幹細胞。
幹細胞は、その細胞が生まれた場所と同じ体内で成長し、自己複製する。
分化した細胞。
分化した細胞には、分化した場所と同じ場所で機能するものと、別の場所で機能するものがあります。
例
幹細胞。
造血幹細胞、骨髄、脳、血液、肝臓、皮膚、歯髄、眼球、骨格筋、膵臓、消化管などの細胞が幹細胞としてあげられる。
分化した細胞。
上皮細胞、皮膚線維芽細胞、血管を覆う内皮細胞、平滑筋細胞、肝細胞、神経細胞、ヒト心筋細胞などが分化した細胞の例です。
結論
幹細胞と分化した細胞は、動植物の体内に存在し、身体を作り、機能させる上で重要な役割を担っている。
幹細胞は、胚の初期に発生する細胞です。
内部の細胞塊は3つの生殖層に分化し、男の子の臓器や組織を作る役割を担っています。
幹細胞は、身体の様々な発達段階において、3種類見つけることができます。
それらは、胚性幹細胞、胎児性幹細胞、そして成体幹細胞です。
幹細胞の中には可塑性を示すものや、複数の種類の分化した細胞を生み出すことができるものがあります。
分化した細胞は、形態的にも代謝的にも幹細胞とは異なる。
また、分化した細胞の中には、増殖する能力を放棄しているものもあります。
したがって、幹細胞と分化細胞の主な違いは、その形態と体内での機能です。
(CC BY 3.0) via Commons Wikimedia.
3. “415 Neuron” By OpenStax College – Anatomy & Physiology, Connexions Web site. 2013年6月19日。
