広報活動

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2016年4月8日

理化学研究所
科学技術振興機構

精子が卵子を活性化する新しい仕組みを解明

-線虫において精子導管仮説を支持する分子実体を同定-

A C. elegansの精子の野生型とカルシウム透過性チャネルTRP-3を欠損した変異体の受精カルシウム波の比較
B C. eleganstrp-3変異体の受精卵のカルシウムイオン濃度を時系列で表す蛍光画像

動物の一生は、卵子と精子が受精することから始まります。例えば、私たちヒトだと、卵子は球形で大きさは0.1~0.2mm、精子は頭部の細胞質と動くための鞭毛を含めて約0.06mmの長さです。母親の卵管の中で、排卵された1つの卵子にたどり着ける精子は、数十~数百だといわれていて、その中のたった1つの精子が卵子と受精します。受精前の卵子は、物質の合成をほとんど行わない不活発な細胞です。しかし受精を機に、それまで抑制されていた物質の合成や細胞分裂を開始し、活発で“全能性(個体形成のための全ての細胞に分化できる能力)”を持った細胞へと状態を大きく転換させます。これを「卵子の活性化」と呼びます。

卵子の活性化のきっかけとなるのは、卵子内のカルシウムイオン濃度変化が、精子侵入点から空間的に伝播していく現象「受精カルシウム波」です。理研の研究チームは、精子が受精カルシウム波をどのように引き起こしているのかを明らかにするために、体が透明で遺伝学的実験が容易な「線虫C. elegans」をモデル動物に選びました。そして、C. elegansにおける受精カルシウム波を高速イメージングと画像処理によって捉えました。その結果、受精直後に精子侵入点付近で急激にカルシウムイオン濃度が上昇し、その後、卵子全体に伝播するという“二相性の波形”を示すことが分かりました。研究チームは2つの波形を「局所波」と「大域波」と名付けました(図)。さらに、遺伝学的実験とシミュレーションを組み合わせて解析を行い、精子の細胞膜に存在する「TRP-3」というカルシウム透過性チャネルが、受精カルシウム波を発生させることを発見しました。

受精カルシウム波を引き起こす仕組みは、生物種によって異なっていると考えられています。今回発見した仕組みは、受精により精子の細胞膜と卵子の細胞膜が融合し、精子のカルシウム透過性チャネルが導管(通り道)として働くことで、“細胞外から”卵子内にカルシウムイオンを流入させるという「精子導管仮説」を支持するものでした。

本研究によって、C. elegansにおける受精カルシウム波を定量的かつ遺伝的に解析できる実験系手法が確立されました。今後、この実験系を活用することで、卵子の活性化の分子メカニズムの包括的解明につながると期待できます。

理化学研究所
生命システム研究センター 細胞動態計測コア 発生動態研究チーム
チームリーダー 大浪 修一 (おおなみ しゅういち)
研究員 髙山 順 (たかやま じゅん)