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皮質反応は、受精時に開始されるプロセスであり、多精子受精、すなわち複数の精子が1つの卵子と融合するのを防ぐ働きをする。多精子受精の即時阻止は、追加の精子が卵子を受精させるのを即座に、しかし一時的に阻止するのに対し、皮質反応は精子の侵入に対する永続的な障壁を徐々に確立し、多くの動物において多精子受精の緩慢阻止の主要な部分として機能する。
このバリアを形成するために、卵子の皮質（細胞膜直下の領域）に存在する特殊な分泌小胞である皮質顆粒が、卵子の細胞膜と融合します。これにより、皮質顆粒の内容物が細胞外に放出され、既存の細胞外マトリックスを修飾して精子の侵入を不可能にします。皮質顆粒には、卵黄膜を固定するタンパク質を切断するプロテアーゼ、卵黄膜を硬化させるペルオキシダーゼ、卵黄膜周囲腔に水分を引き込み、膨張させて硝子層を形成するグリコサミノグリカンが含まれています。皮質顆粒の放出の引き金となるのは、精子が卵子に結合すると、皮質滑面小胞体からカルシウムイオンが放出されることです。
ゴルジ体での合成から皮質領域への皮質顆粒の移動は、カエルやマウスではアクチンフィラメントによって、他の哺乳類では微小管によって媒介されることが示されている。[ 1 ]この移動は、発達中の卵母細胞の成熟度を評価および分類するためによく用いられる。[ 2 ]
ほとんどの動物では、卵の周囲に存在する細胞外マトリックスは卵黄膜であり、皮質反応を経て受精膜となる。しかし、哺乳類では、皮質反応によって変化する細胞外マトリックスは透明帯である。この透明帯の変化は、透明帯反応または透明帯硬化として知られている。皮質反応は動物界全体で高度に保存されているものの、種によって大きな多様性を示す。容易に観察できるウニの皮質顆粒の内容物の正体と機能については多くのことが解明されているが、哺乳類の皮質顆粒の内容物についてはほとんど知られていない。
卵子内部の皮質反応は、精子内部の先体反応に類似しており、皮質顆粒に相同な特殊な分泌小胞である先体が精子細胞の形質膜と融合して内容物を放出し、卵子の強固な被膜を分解して精子が卵子に結合して融合することを可能にする。
皮質反応と皮質顆粒は、1910 年にエセル・ブラウン・ハーベイによってウニで初めて観察されました。受精膜は、以前にデルベスがウニの精子と卵子の融合を観察した際に定義されていましたが、科学者たちは、精液または精子が卵子に持ち込んだ他の化学物質が受精膜の硬化を引き起こすと考えていました。[ 3 ] EB ハーベイは、精子接触後にカルシウム放出と受精膜形成につながるメカニズムを研究しました。[ 4 ]皮質顆粒は、1956 年に C R オースティンが位相差顕微鏡を使用してハムスターの卵母細胞で初めて脊椎動物で発見されました。[ 1 ]
よく研究されているウニのモデル系では、顆粒の内容物が細胞膜（卵黄層）の外側のタンパク質層を修飾し、膜から剥離させます。剥離した皮質顆粒タンパク質は膠質浸透圧を及ぼし、細胞膜と卵黄層の間の空間に水が流入し、卵黄層が卵表面から離れて膨張します。これは顕微鏡で容易に観察でき、「受精膜の隆起」として知られています。顆粒の内容物の一部は受精膜に付着し、広範囲に修飾され、架橋されます。受精膜が隆起すると、受精しない精子は卵細胞膜から持ち上げられ、受精膜を通過できないため、卵への侵入が阻止されます。したがって、皮質反応は多精子受精を防ぎ、致命的な事象を回避します。皮質顆粒のもう一つの成分である多糖類を豊富に含むヒアリンは、細胞膜の外表面に付着したままで、硝子層の一部となる。
様々な哺乳類が研究されてきたが、マウスは哺乳類の皮質反応を理解するための最もよく研究された動物モデルである。ほとんどの哺乳類の皮質顆粒は 直径0.2～0.6μmである。[ 2 ]皮質顆粒はSNAREタンパク質によって卵母細胞膜と結合し、SNAREタンパク質は他のタンパク質と安定化複合体を形成する。[ 2 ] [ 5 ]精子が卵母細胞膜に接触すると、IP3産生を伴うPIP2経路を介してカルシウム波が誘発される。IP3は小胞体上の受容体に結合し、細胞質へのカルシウム放出を引き起こす。[ 2 ]カルシウム放出はSNAREタンパク質複合体の変化を引き起こし、その構造変化によって皮質顆粒と卵母細胞膜の融合が促進され、顆粒が卵黄膜周囲腔に放出される。皮質反応は多精子受精を阻止する透明帯の修飾につながる。皮質顆粒から放出される酵素は、精子受容体糖タンパク質であるZP2とZP3を分解し、精子と結合できなくなるようにする。これはしばしば透明帯硬化と呼ばれる。