Loading article…
発生学 において、卵割とは、受精後[ 1 ]羊膜形成前[ 2 ]の胚の初期発生における細胞分裂のことである。多くの種の接合子は、全体的な成長はほとんどなく、急速な細胞周期を経て、元の接合子と同じ大きさの細胞の塊を形成する。卵割によって生じた様々な細胞は割球と呼ばれ、桑実胚と呼ばれる密な塊を形成する。卵割は、胞胚、または哺乳類では胚盤胞の形成で終了する[ 3 ] 。
卵黄の濃度によって、卵割は全割（完全な卵割）または部分割（不完全な卵割）となる。卵黄の濃度が最も高い方の極を植物極、その反対側を動物極と呼ぶ。[ 3 ]
卵割は、細胞質量を増加させることなく細胞数と核量を増加させるという点で、他の細胞分裂の形態とは異なります。つまり、連続する分裂ごとに、各娘細胞の細胞質量はその分裂前と比べてほぼ半分になり、核物質と細胞質物質の比率は2倍になります。[ 4 ]
卵割のメカニズムと種類は、胚発生パターンの初期研究から導き出された4つの一般的な法則によって支配されている。
細胞の急速な周期は、サイクリンやそれに関連するサイクリン依存性キナーゼ（CDK）など、細胞周期の進行を制御するタンパク質を高濃度に維持することによって促進される。サイクリンB / CDK1複合体（ MPF（成熟促進因子）とも呼ばれる）は、有糸分裂への移行を促進する。
核分裂（有糸分裂）と細胞質分裂の過程が連携して卵子の分裂が起こります。有糸分裂装置は、中心紡錘体と、微小管と呼ばれるチューブリンタンパク質のポリマーからなる極星状体で構成されています。星状体は中心体によって核形成され、中心体は精子によって基底体として卵子に持ち込まれる中心小体によって組織化されます。細胞質分裂は、微小線維と呼ばれるアクチンタンパク質のポリマーからなる収縮環によって媒介されます。核分裂と細胞質分裂は独立した過程ですが、空間的にも時間的にも協調しています。有糸分裂は細胞質分裂がなくても起こり得ますが、細胞質分裂には有糸分裂装置が必要です。
卵割の終了は、接合子転写の開始と一致する。哺乳類以外の動物では、この時点は中期胚盤胞期と呼ばれ、核と細胞質の比率（約1：6）によって制御されていると考えられる。
決定的な卵割（モザイク卵割とも呼ばれる）は、ほとんどの原口動物に見られる。これは、胚発生の初期段階で細胞の発生運命が決定されることを意味する。初期胚卵割によって生成された各割球は、完全な胚に発達する能力を持たない。[ 3 ]
細胞が不定（調節性とも呼ばれる）であるのは、動物性／植物性の細胞構築学的特徴が完全に揃っている場合に限られる。これは後口動物の特徴であり、後口動物の胚の最初の細胞が分裂すると、結果として生じた2つの細胞は分離でき、それぞれが個別に完全な生物に発達することができる。[ 3 ]
全割では、接合子と割球は割球のときに完全に分裂するため、割球の数は割球ごとに倍になります。卵黄の濃度が高くない場合、等黄細胞（卵黄が少量で均一に分布している細胞）または中黄細胞もしくは小黄細胞（卵黄が中程度の濃度で勾配状に分布している細胞）では、左右対称全割、放射状全割、回転全割、らせん状全割の 4 つの主要な割球が観察されます。[ 6 ]これらの全割面は、細胞質分裂の過程で等黄接合子を完全に通過します。腔胞胚は、これらの放射状割球を経る卵子の次の発生段階です。全胚葉性卵では、最初の卵割は常に卵の植物軸と動物軸に沿って起こり、2回目の卵割は最初の卵割に垂直に起こります。ここから、卵割面の違いによって、様々な生物において割球の空間配置は多様なパターンをたどる可能性があります。
最初の卵割により、接合子は左右に二等分されます。次の卵割面はこの軸を中心として形成され、左右の半分は互いに鏡像になります。両側全割では、割球の分裂は完全かつ分離していますが、両側部分割では割球は部分的に結合したままです。[ 3 ]
放射状卵割は、脊椎動物や棘皮動物を含む後口動物の特徴であり、紡錘体軸は卵母細胞の極軸と平行または直角である。[ 3 ]
回転分裂では、子午線軸に沿った通常の最初の分裂が起こり、2 つの娘細胞が生じます。この分裂の異なる点は、一方の娘細胞が子午線方向に分裂し、もう一方の娘細胞が赤道方向に分裂することです。[ 3 ]
線虫C. elegansは、発生モデル生物として広く用いられており、全割回転細胞分裂を行う。[ 7 ]
螺旋卵割は、スピラリアと呼ばれる冠輪動物の多くのメンバー間で保存されている。[ 8 ]ほとんどの螺旋動物は等割螺旋卵割を行うが、一部は不等割割を行う（下記参照）。[ 9 ]このグループには、環形動物、軟体動物、および星口動物が含まれる。螺旋卵割は種によって異なる場合があるが、一般的に最初の 2 つの細胞分裂によって、胚の 1 象限を表す 4 つの大割球 (A、B、C、D) が生成される。これらの最初の 2 つの卵割は、接合子の動物-植物軸に平行な直角の平面で行われるわけではない。[ 8 ] 4細胞期では、AマクロメアとCマクロメアが動物極で出会い、動物側横溝を形成し、BマクロメアとDマクロメアが植物極で出会い、植物側横溝を形成する。[ 10 ]連続する分裂サイクルごとに、マクロメアは動物極でより小さなミクロメアの4つ組を生み出す。 [ 11 ] [ 12 ]これらの4つ組を生み出す分裂は、動物-植物軸に対して90度の倍数ではない斜めの角度で起こる。[ 12 ]各ミクロメアの4つ組は、親マクロメアに対して回転し、この回転のキラリティは奇数番目の4つ組と偶数番目の4つ組で異なるため、奇数番目と偶数番目の4つ組の間には交互に対称性がある。[ 8 ]つまり、各四重体を生成する分裂の方向は、動物極に対して時計回りと反時計回りが交互に現れる。[ 12 ]四重体が生成されるときの交互の分裂パターンにより、4 つの大割球の分裂溝に存在する小割球の四重体が生成されます。[ 10 ]動物極から見ると、この細胞の配置は螺旋状のパターンを示します。
D マクロメアの特定は螺旋卵割の重要な側面である。一次軸である動物極-植物極軸は卵形成中に決定されるが、二次軸である背腹軸は D 象限の特定によって決定される。[ 12 ] D マクロメアは、他の 3 つのマクロメアによって生成されるものとは異なる細胞分裂を促進する。D 象限の細胞は螺旋卵割の背側および後部構造を生み出す。[ 12 ] D 象限を特定する既知のメカニズムは 2 つ存在する。これらのメカニズムには、等割と不等割が含まれる。
均等分裂では、最初の 2 つの細胞分裂で、互いに区別できない 4 つのマクロメアが生成されます。各マクロメアは D マクロメアになる可能性を秘めています。[ 11 ] 3 番目の四重体の形成後、マクロメアの 1 つが胚の動物極にある上層のミクロメアと最大接触を開始します。[ 11 ] [ 12 ]この接触は、1 つのマクロメアを正式な D 象限割球として区別するために必要です。均等分裂のらせん胚では、D 象限は、ミクロメアとの接触によって 1 つの細胞が将来の D 割球になることが決定される 3 番目の四重体の形成後まで指定されません。一度指定されると、D 割球は周囲のミクロメアに細胞運命を決定するように信号を送ります。[ 12 ]
不均等分裂では、最初の 2 つの細胞分裂が不均等で、1 つの細胞が他の 3 つよりも大きい 4 つの細胞が生成されます。この大きい細胞は D マクロメアとして指定されます。[ 11 ] [ 12 ]均等分裂する螺旋卵割動物とは異なり、D マクロメアは不均等分裂中の 4 細胞期に指定されます。不均等分裂は 2 つの方法で起こり得ます。 1 つの方法は、分裂紡錘体の非対称な配置を伴います。[ 12 ]これは、一方の極の星状体が細胞膜に付着し、もう一方の極の星状体よりもはるかに小さくなる場合に起こります。 [ 11 ]これにより、不均等な細胞質分裂が起こり、両方のマクロメアが卵の動物領域の一部を継承しますが、大きい方のマクロメアのみが植物領域を継承します。[ 11 ]不均等分裂の 2 番目のメカニズムは、極葉と呼ばれる、核のない膜結合細胞質突起の生成を伴います。[ 11 ]この極葉は卵割中に植物極で形成され、その後D割球に移動する。[ 10 ] [ 11 ]極葉には植物細胞質が含まれており、それが将来のD大割球に受け継がれる。[ 12 ]
受精卵細胞内に卵黄が高濃度で存在する場合、細胞は部分的または部分分裂を起こすことがある。部分分裂には、円盤状分裂と表層分裂の2つの主要なタイプがある。[ 3 ]
他の急速に発達する動物と比較して、哺乳類の細胞分裂速度は12～24時間と遅い。これらの細胞分裂は最初は同期しているが、次第に非同期化していく。接合子転写は、種によって2細胞期、4細胞期、または8細胞期に始まる（例えば、マウスの接合子転写は接合子期の終わり頃に始まり、2細胞期に顕著になるが、ヒトの胚は8細胞期に接合子転写を開始する）。卵割は全割で回転する。
ヒトの胚発生では、8細胞期に3回の卵割を経て、胚は桑実胚、そして胚盤胞へと発達するにつれて形を変え始めます。8細胞期では、割球は最初は丸く、ゆるくしか付着していません。細胞がさらに分裂して圧縮されると、細胞は互いに平らになります。[ 16 ] 16細胞期では、圧縮された胚は桑実胚と呼ばれます。[ 17 ] [ 18 ]胚が16個の細胞に分裂すると、桑の実に似てくるため、桑実胚（ラテン語、morus：桑の実）という名前が付けられました。[ 19 ]同時に、細胞間および細胞と培地の界面に独特の特性と機能を与える内外極性が発達します。 [ 20 ] [ 21 ]表面細胞が上皮細胞になると、ギャップ結合が形成されて互いに密着し始め、他の割球との間にタイト結合が発達します。 [ 22 ] [ 17 ] さらに圧縮が進むと、個々の外側の割球である栄養膜細胞は、密着した上皮細胞の薄いシートに組織化されて区別がつかなくなります。それらはまだ透明帯の中に閉じ込められています。桑実胚は今や水密で、細胞が後に胚に送り込んで胚盤胞に変化させる液体を保持します。
ヒトの場合、桑実胚は3～4日後に子宮に入り、栄養膜のナトリウム-カリウムポンプが桑実胚にナトリウムを送り込み、母体環境から浸透によって水分を引き込んで胚盤腔液となるため、体液を取り込み始めます。浸透圧の上昇の結果、体液の蓄積により胚内部の静水圧が上昇します。[ 23 ]静水圧は、水圧破砕によって胚内の細胞間接触を破壊します。[ 24 ]最初は胚全体に数百の水のポケットに分散していた体液は、オストワルド熟成に似たプロセスを経て、胚盤腔と呼ばれる単一の大きな腔に集まります。[ 24 ]内細胞塊としても知られる胚芽細胞は、腔の一方の側の胚極に細胞の密な塊を形成し、これが後に胚本体を生成します。胚は現在、胚盤胞と呼ばれている。[ 17 ] [ 25 ]栄養膜は最終的に胎盤の胚性部分である絨毛膜を形成する。
8細胞期の胚から1つの細胞を取り出して遺伝子スクリーニングに使用しても、胚は回復する。[ 26 ] [ 27 ]
胎盤を持つ哺乳類と他の哺乳類では、卵割の仕方に違いがある。