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卵母細胞（または卵子/卵子）の活性化は、受精中に卵母細胞内で起こる一連のプロセスです。
精子の進入により卵母細胞へのカルシウム放出が引き起こされる。哺乳類では、これは精子細胞質からのホスホリパーゼCアイソフォームゼータ（PLCζ）の導入によって引き起こされる。 [1]卵子の活性化には以下のイベントが含まれる。
- 他の精子細胞をブロックする皮質反応
- 卵子の代謝の活性化
- 減数分裂の再活性化
- DNA合成
卵子活性化の精子トリガー
精子は、精子タンパク質と卵子表面受容体との相互作用を介して卵子の活性化を引き起こす可能性がある。Izumoは精子細胞シグナルであり、卵子受容体Junoを活性化する。[2]この受容体は精子結合によって活性化され、シグナル伝達経路としてはチロシンキナーゼの活性化が考えられ、その後ホスホリパーゼC（PLC）を活性化する。イノシトールシグナル伝達系は、卵子の活性化に関与する経路として関係している。IP 3とDAGは、ホスホリパーゼCによるPIP 2の切断によって生成される。しかし、別の仮説では、精子と卵母細胞が融合すると、可溶性の「精子因子」が精子から卵子の細胞質に拡散すると考えられている。この相互作用の結果、セカンドメッセンジャーを使用するシグナル伝達経路が活性化される可能性がある。新しいPLCアイソフォームであるPLCζ（PLCZ1）は、哺乳類の精子因子に相当する可能性がある。2002年の研究では、哺乳類の精子にシグナル伝達カスケードを開始できるPLCゼータが含まれていることが実証された。[3]
多精子受精に対する高速および低速のブロック
多精子症とは、複数の精子が 1 つの卵子と融合する状態です。これにより、遺伝物質が重複します。ウニでは、多精子症に対するブロックは、高速ブロックと低速ブロックという 2 つのメカニズムによって生じます。高速ブロックは、多精子症に対する電気的なブロックです。卵子の静止電位は -70mV です。精子と接触すると、ナトリウム イオンの流入により電位が最大 +20mV まで上昇します。低速ブロックは、カルシウム増加の波によって引き起こされる生化学的メカニズムによるものです。カルシウムの上昇は、低速ブロックを引き起こすのに必要かつ十分です。皮質反応では、形質膜の真下の皮質顆粒が、形質膜と卵黄膜の間の空間(卵黄周囲腔) に放出されます。カルシウムの増加がこの放出を引き起こします。顆粒の内容物には、プロテアーゼ、ムコ多糖類、ヒアリン、およびペルオキシダーゼが含まれています。プロテアーゼは、細胞膜と卵黄膜を繋ぐ橋を切断し、ビンディンを切断して精子を放出します。ムコ多糖類は水を引き寄せて卵黄膜を持ち上げます。ヒアリンは細胞膜に隣接する層を形成し、ペルオキシダーゼは卵黄膜のタンパク質を架橋して卵黄膜を硬化させ、精子が侵入できないようにします。これらの分子によって卵黄膜は受精膜または受精エンベロープに変換されます。マウスでは、透明帯反応はウニの皮質反応に相当します。ZP3 の末端糖が切断されて精子が放出され、新たな結合が防止されます。
減数分裂の再活性化
卵母細胞の減数分裂周期は、第 2 減数分裂の中期で停止していた。PLCζ が精子細胞によって卵母細胞に導入されると、リン脂質ホスファチジルイノシトール 4,5-ビスリン酸 (PIP 2 ) がジアシルグリセロール (DAG) とイノシトール 1,4,5-トリスリン酸 (IP 3 ) に分解される。ほとんどの細胞では、これは細胞膜で起こるが、卵母細胞の活性化に必要な PIP 2は、細胞質全体に分散した細胞内小胞に潜在的に蓄えられているという証拠がある。[4]生成されたIP 3 は、減数分裂周期を再活性化するカルシウム振動を誘発する。その結果、第 2極体が生成および押し出される。[5]
DNA合成
精子と卵子の融合から4時間後、DNA合成が始まります。[5]雄と雌の前核が卵子の中心に移動し、膜が破壊されます。雄のプロタミンはヒストンに置き換えられ、雄のDNAは脱メチル化されます。その後、染色体は有糸分裂のために中期紡錘体に配向します。この2つのゲノムの組み合わせは、シンガミーと呼ばれます。[5]
精子は卵子に前核と中心小体を提供します。他のほとんどの成分と細胞器官は急速に分解されます。ミトコンドリアは急速に遍在化し、破壊されます。酸化ストレス理論は、父親由来のミトコンドリアが破壊されることは進化的に好ましいという仮説であり、ミトコンドリアDNAが変異または損傷を受ける可能性が高いためです。これは、mtDNAがヒストンによって保護されておらず、修復メカニズムが貧弱であるためです。精子は卵子と比較して代謝活動が活発で運動性が高いため、活性酸素種の生成が多く、したがって変異の可能性が高くなります。[5]さらに、精子は輸送中に精巣上体の白血球からの活性酸素種にさらされます。[5]さらに、精子の品質管理は卵子よりもはるかに悪く、1周期あたり1つの優勢卵胞のみが放出されるのに対して、多くの精子が放出されます。この競争的な選択は、最も「適合した」卵子が受精のために選択されることを保証するのに役立ちます。[5]
人工卵母細胞活性化
卵母細胞活性化はカルシウムイオンフォアによって人工的に促進される可能性があり、これは卵細胞質内精子注入法（ICSI）サイクルの1～5％で依然として発生する受精失敗の場合に有用であると推測されている。[6]もう1つの方法は、マウスのM期促進因子の活性を低下させる薬剤ロスコビチンを使用することである。[7]
人工卵母細胞活性化の 適応症には以下が含まれます。
参考文献
- ^ サレハ A、カシール J、タナスーラス A、サフィエ＝ガラベディアン B、ライ FA、ノミコス M (2020)。 「卵子活性化と男性因子不妊症における精子特異的PLCゼータの本質的な役割：最新情報」。フロント。セル開発バイオル。8 (28)。土井：10.3389/fcell.2020.00028。PMC 7000359。
- ^ Bianchi E, Doe B, Goulding D, Wright GJ (2014). 「Juno は卵子の Izumo 受容体であり、哺乳類の受精に必須である」。Nature . 508 ( 7497): 483–7. Bibcode :2014Natur.508..483B. doi :10.1038/nature13203. PMC 3998876. PMID 24739963 .
- ^ Saunders C, Larman M, Parrington J, Cox L, Royse J, Blayney L, Swann K, Lai F (2002). 「PLCゼータ：卵子および胚の発達におけるCa(2+)振動の精子特異的トリガー」。開発。129 （ 15 ）：3533–44。PMID 12117804 。
- ^ Yu, Yuansong; Nomikos, Michail; Theodoridou, Maria; Nounesis, George; Lai, F. Anthony; Swann, Karl (2012-01-15). 「PLCζは細胞内を標的とし、細胞膜PI(4,5)P2を標的としないことで、マウス卵子のCa2+振動を引き起こす」。Molecular Biology of the Cell . 23 (2): 371–380. doi :10.1091/mbc.E11-08-0687. ISSN 1059-1524 . PMC 3258180. PMID 22114355.
- ^ abcdef ジョンソン、M. (2007).エッセンシャル・リプロダクション（第6版）. オックスフォード: ブラックウェル. ISBN 9781405118668。
- ^ Kashir, J.; Heindryckx, B.; Jones, C.; De Sutter, P.; Parrington, J.; Coward, K. (2010). 「卵母細胞活性化、ホスホリパーゼCゼータ、およびヒト不妊症」。Human Reproduction Update . 16 (6): 690–703. doi : 10.1093/humupd/dmq018 . PMID 20573804.
- ^ Iba, T; Yano, Y; Umeno, M; Hinokio, K; Kuwahara, A; Irahara, M; Yamano, S; Yasui, T (2011). 「カルシウムイオノフォアと組み合わせたロスコビチンは、マウスのM期促進因子活性の低下を介して卵母細胞活性化を誘導する」Zygote . 20 (4): 321–325. doi :10.1017/S0967199411000591. PMID 22008472.