広報活動

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2015年7月1日

理化学研究所

加齢による卵子の染色体数異常の原因を特定

-染色体分配の誤りを直接観察することにより解明-

老化した卵母細胞の減数第一分裂で染色体分配の誤りが起こる過程の図

老化した卵母細胞の減数第一分裂で染色体分配の誤りが起こる過程

若い卵母細胞では、二価染色体の構造が染色体分配の前まで維持されることで、正常な染色体分配が達成される。老化した卵母細胞では、二価染色体が微小管に反対方向に引っ張られると、一価染色体に早期分離してしまう。一価染色体は微小管に反対方向に引っ張られるため、誤った染色体分配パターンである姉妹染色分体の分配に至りやすい。図では、誤った染色体分配パターンの例として均等早期分配を示している。

雌(メス)の生殖細胞である卵母細胞は2段階の減数分裂を経て卵子になります。正常な染色体数を持つ卵子となるには、減数分裂で正しい数の染色体が卵子に分配されなければなりません。この分配で誤りが起こると染色体数が異常な卵子が作られ、こうした卵子は受精してもほとんど出産まで至りません。出産に至ったとしても、流産胚やダウン症で見られるような染色体数異常による先天性疾患を引き起こします。染色体数異常の多くは卵母細胞の減数分裂の第一段階(減数第一分裂)での染色体分配の誤りが原因です。この誤りの頻度は母体年齢とともに上昇することが知られており、最近の研究で二価染色体の維持に必要な染色体接着因子「コヒーシン」が加齢とともに染色体上から減少することが明らかになり、染色体分配の誤りが起きやすくなるという仮説が提案されています。しかし、この仮説を支持する直接的な証拠は得られていませんでした。

理研とIVFなんばクリニック、スウェーデン・カロリンスカ研究所の国際共同研究グループは、自然老化させたマウスを使い、卵母細胞の減数第一分裂の過程をライブイメージング技術によって撮影し、三次元画像に再構築しました。これを使い、すべての染色体と動原体(染色体分配時に、微小管が染色体を動かすための牽引部位となるタンパク質複合体)の動きを追跡し、染色体分配の誤りの過程を初めて直接観察することに成功しました。老化したマウスの卵母細胞の染色体分配の誤りのほとんどは、減数第一分裂の染色体分配の前に形成される染色体構造である二価染色体が、2つの一価染色体へと正常の分離時期よりも早く分離することによるものでした。早く分離した一価染色体は微小管に誤った方向に引っ張られることで、減数第二分裂を待たずに姉妹染色分体(DNA複製によってできた同一の染色体)を分配していました。また、不妊治療患者の同意を得て提供されたヒト卵母細胞を調べたところ、比較的高い年齢の患者のヒト卵母細胞には一価染色体が存在し、微小管に誤って引っ張られている様子が観察されました。

これらの結果から、加齢に伴って起こる染色体数の異常は、二価染色体が一価染色体へ早期に分離してしまうことが主な原因であることが強く示唆されました。二価染色体の維持に必要なコヒーシンが加齢とともに染色体上から減少することが明らかになっており、今後、加齢とコヒーシンの減少の関係の詳細を明らかにし、二価染色体から一価染色体への早期分離を抑えることができれば、加齢に伴って起きる卵子の染色体数異常を抑えることができる可能性があります。

理化学研究所
多細胞システム形成研究センター 染色体分配研究チーム
チームリーダー 北島 智也 (きたじま ともや)