割球

生物学において、割球は受精後の受精卵の細胞分裂（卵割）によって生成される細胞の一種であり、哺乳類における胞胚形成および胚盤胞形成に不可欠な部分である。^[1]

ヒトでは、受精後すぐに割球形成が始まり、胚発生の最初の週まで続きます。受精後約90分で、接合子は2つの細胞に分裂します。接合子が最初に分裂した後に存在する2細胞の割球状態は、受精卵母細胞の最初の有糸分裂産物であると考えられています。^[2] これらの有糸分裂は継続し、割球と呼ばれる細胞の集まりになります。このプロセスの間、胚の全体の大きさは増加しないため、分裂するたびに細胞はより小さくなります。接合子に16～32個の割球が含まれる場合、それは桑実胚と呼ばれます。これらは、胚が形成され始める準備段階です。これが始まると、割球細胞内の桑実胚の細胞質物質内の微小管は、ナトリウムポンプなどの重要な膜機能を発達させることができます。これらのポンプにより、胚の内部は胚盤胞液で満たされ、生命のさらなる成長をサポートします。^[3]

割球は全能性があると考えられている。つまり、割球は単一の細胞から完全に生殖能力のある成体生物に発達することができる。これはマウスの割球に関する研究と推測によって実証されており、ほとんどの哺乳類の割球にも当てはまると認められている。研究では、2細胞状態のマウスの一卵性双生児の割球を分析し、双生児の割球の1つが破壊されても、完全に生殖能力のある成体マウスが発達できることが判明している。したがって、双生児の細胞のうち1つが全能性であったため、破壊された細胞も元々全能性であったと推測できる。^[4]

胚内の割球の相対的な大きさは、分裂の段階だけでなく、細胞間の分裂の規則性にも依存します。細胞塊内の割球の数が偶数であれば、細胞の大きさは一致するはずです。しかし、細胞塊内の割球の数が偶数でない場合は、細胞の大きさが塊の特定の分化段階を最もよくサポートするように、分裂は非同期でなければなりません。割球の大きさは、比較対象の割球の直径が他の割球の直径より 25% 以上大きい場合に、通常、不均等であると見なされます。^[5]

受精卵から割球が分裂することで、受精可能な単一の細胞が分裂と分化を続け、胚盤胞が形成される。割球の分化により、胚の前駆細胞となる内部細胞塊と胎盤の前駆細胞となる栄養外胚葉という2つの異なる細胞集団が形成される。これらの前駆細胞は、割球が8細胞塊と16細胞塊に分化するときに典型的に現れる。^[6]

8細胞分化期間中、割球は接着結合を形成し、続いて頂基底軸に沿って分極する。この分極によりこれらの細胞の形態が永久的に変化し、分化プロセスが開始される。^[6]この後、8細胞割球塊は、それらの間にタイトジャンクションを形成することによって圧縮され始め、細胞の細胞質成分は頂端領域に蓄積し、各細胞の核は基底領域に移動する。次に接着性側方接合が形成され、割球は平坦化されて頂端皮質領域を確立する。16細胞塊への移行が始まると、頂端皮質領域は消失しますが、極性の要素は保存されます。これにより、約半数の割球が頂端皮質領域を再構築できる極性領域を継承することができます。分化するその他の割球は、その後無極性になります。分化する極性割球細胞は発達中の胚盤胞の外側の位置に移動し、栄養外胚葉の前駆細胞を示しますが、無極性細胞は内側の位置に移動して胚への発達を開始します。^[7]その後、細胞は32細胞期にこれら2つの領域のいずれかで個々の状態に完全にコミットします。^[7]

どの割球細胞が内細胞塊か栄養外胚葉に分裂するかを決定する分化モデルには主に2つある。最初の仮説は「内外モデル」として知られ、細胞は16細胞期以降の状態に基づいて分化するとしている。つまり、このモデルでは割球細胞は細胞の違いに基づいて分化するのではなく、その時点での位置に基づいて機械的および化学的刺激によって分化する。^[8]

もう 1 つの、より広く受け入れられているモデルは、「細胞極性モデル」として知られています。このモデルは、8 細胞期と 16 細胞期の分裂面の向きが、その後の分化を決定すると述べています。^[9]割球が通常分裂する方法は主に 2 つあります。対称的 (頂基底軸に垂直) または非対称的 (頂基底軸に水平) です。これらの細胞がなぜそのように方向を定めるのかを説明しようとする潜在的な仮説や推測は数多くあります。一部の研究者は、初期分裂の割球は非対称に分裂する傾向があると述べていますが^[10]、他の研究者は、8 細胞期の割球の向きはランダムであり、大規模に予測することはできないと提唱しています。^[11]ある研究では、各割球の核の位置は細胞分裂の仕方を示すのに使用できると述べられています。核が頂端領域にある場合、細胞は対称的に分裂する可能性が高く、核が基底領域にある場合、細胞は非対称に分裂する可能性があります。^[12]

この反復的な細胞分裂の過程では、エラーが発生する可能性がある。これらのエラーでよくあるのは、遺伝物質が均等に分割されないことである。通常、細胞が分裂するとき、各娘細胞は親細胞と同じ遺伝物質を持っている。遺伝物質が 2 つの娘細胞間で均等に分割されない場合、「不分離」と呼ばれるイベントが発生する。このイベントは、この時点で存在する複数の細胞のうちの 1 つでのみ発生するため、胚は成長を続けるが、一部の正常細胞と一部の異常細胞が存在することになる。この障害は「数値的モザイク」と呼ばれる。^[13]

このモザイク、特に二倍体と倍数体のモザイクは、細胞分裂と有糸分裂の失敗につながる可能性があります。これらの必要な初期の細胞分裂が起こらないと、胚は倍数体の巨大癌細胞を形成し始める可能性があります。この細胞は割球細胞と非常によく似ており、機械的および化学的シグナルに反応して成長し、胚盤胞前駆細胞と同様に進化します。研究では、これらの巨大癌細胞は、体細胞割球と遺伝的に同等であることもしばしば示されています。^[14]

多くの場合、臨床医や研究者は、遺伝性疾患の検査方法として、リスクのある妊婦の割球生検を使用します。しかし、これらの生検は侵襲的であり、他の侵襲的遺伝子検査と比較すると、一度に少数の細胞しか抽出できないという大きな欠点があります。時間の経過とともに、多くの専門家がモザイクのレベルが低い胚盤胞生検に切り替えましたが、割球生検は初期段階の研究や遺伝子診断にまだ使用できます。^[15]

• 「割球」ステッドマン医学辞典、第28版（2006年）。
• ムーア、キース L.、トーキア、マーク G.、および T. パーサウド。人間の発達：臨床指向の発生学、第 8 版(2008 年)。
• サーモン、カレン、ヴィヴィル、ステファン編。ヒト生殖遺伝学の教科書。 (2014)
• ブラッドショー、ラルフ、スタール、フィリップ編。細胞生物学百科事典（2015年）。
• シン、ヴィシュラム。臨床発生学の教科書、第2改訂版。(2020)