胚休眠

胚休眠^[a]（哺乳類における着床遅延）は、さまざまな生物学的綱にわたる多くの動物種が使用する生殖戦略です。胚休眠が起こる130種以上の哺乳類では、胚発生の胚盤胞段階でこのプロセスが発生し、^[1]有糸分裂活動が劇的に減少するか完全に停止する特徴があり、分裂のG ₀期またはG ₁期で停止することが最も多くあります。^[2]

胎盤胚休眠では、有性生殖によって受精卵が形成された後に胚盤胞はすぐに子宮に着床せず、子宮壁への付着が正常に進む条件が整うまで分裂しない休眠状態のままである。 ^[3]その結果、通常の妊娠期間は種特有の期間延長される。^{[4] [5]}

休眠は子孫に生存上の利点をもたらします。なぜなら、交尾の時期や妊娠期間に関わらず、最も適した条件に合わせて幼体の誕生や出現のタイミングを調整できるからです。子孫の生存率のこのような向上は進化上の利点をもたらします。

胚休眠を経る生物は、交尾がいつ行われたかに関係なく、子孫の誕生を生殖の成功に最も好ましい条件に同期させることができます。^[3]季節、気温、授乳、食物の供給など、さまざまな要因が胚休眠を誘発する可能性があります。^[3]

胚休眠は哺乳類以外では比較的広く見られる現象で、多くの昆虫、線虫、魚類、その他非哺乳類脊椎動物の生殖周期で発生していることが知られています。^[6]胚休眠はおよそ130種の哺乳類で観察されていますが、^[7]これは哺乳類全種の2%未満です。^[8]これらには、特定のげっ歯類、クマ、アルマジロ、イタチ科（イタチやアナグマなど）、有袋類（カンガルーなど）が含まれます。偶蹄目ノロジカの ように胚休眠を経験する種が1種のみのグループもあります。^[5]

自然界では自然に胚休眠を起こさない種において、胚の不連続な発達を実験的に誘導することに成功し、可逆的な発達停止が実証された。これは、この現象の進化的意義の証拠となる可能性があり、潜在的に休眠する能力は、自然界で発生することが知られているよりもはるかに広い範囲の種に存在する可能性がある。^{[8] [9]}

すべての多細胞生物は、受精した時点では少数の細胞から始まり、それらの細胞が分裂することによってのみ成長し、発達します。胚休眠が可能な生物では、生殖条件が理想的でないと細胞分裂が停止し、胚の成長と成熟が妨げられます。その結果、子孫、場合によっては母親の生存を促進するのに十分理想的な条件になるまで、胚の成熟が遅れます。

胚休眠に関連する細胞周期の調節は、DNA合成に必要なサイクリンE-cdk2複合体の形成を阻害する役割を担うショウジョウバエのdacapo遺伝子と関連づけられている。また、休眠中のマウス胚におけるB細胞転座遺伝子1（Btg1）の上方制御を示唆する証拠もある。Btg1は細胞周期の別の既知の調節因子であり、G ₀ /G ₁からの遷移を阻害する役割を担っている。逆に、他の研究では、胚休眠の胎盤モデル内でp53などのより一般的な細胞周期調節因子の関与がないことが実証されている。^{[2]休眠中の}胚盤胞の活性化に関与する分子調節の多くは特徴付けられているが、休眠への移行や胚盤胞が休眠状態を維持できる条件に関して広く適用可能な特徴付けはほとんど行われていない。胚が休眠停止から抜け出して通常の発育を再開すると、悪影響は観察されない。^[10]

特に胎盤胚休眠においては、胚盤胞が子宮壁に着床しないことが意図的に起こり、これがこれらの種の発達の進行に不可欠な要素となる。^[11]着床失敗に関連するホルモンも胚の停止に寄与する。^[9]

胚休眠には2つの異なる形態があり、それぞれ異なる開始条件を特徴としています。通性休眠は、温度、摂食、授乳の急激な変化など、特定の環境または代謝ストレスに反応して発生します。^[10] 絶対休眠は、影響を受ける種の生殖周期で定期的に発生し、季節の変化や光周期と関連していることがよくあります。^[10]

通性休眠は、母親の環境や卵巣機能、下垂体、代謝ストレス、授乳など、いくつかの要因によって制御されます。^[2]

この形式の休眠を調節する他の多くの因子に関して言えば、胎盤を持つ哺乳類では、通性休眠はほとんどの場合、前の同腹児の出産直後の受精の結果であり、その結果生じる授乳中の仔の乳飲みはプロラクチンの放出を促進します。これは今度は妊娠した雌の黄体からのプロゲステロン分泌を減少させます。黄体は、成熟した卵子を放出した卵巣内の卵胞の残りの細胞から形成される一時的な内分泌器官です。黄体の主な機能は、妊娠中に必要な子宮環境を維持するためにプロゲステロンを分泌することです。黄体に作用するプロラクチンは、プロゲステロン濃度を最適濃度より低くし、それによって胚の通性休眠を誘発します。

通性休眠を経験するそれぞれの種は、遺伝的に決定された特定の発達段階を持ち、その段階でこのプロセスが開始される傾向があります。この形態の休眠は、げっ歯類と有袋類で最もよく研​​究されていますが^[2]、哺乳類以外の動物を含む他の多くの種でも確認されています。げっ歯類モデルで研究された通性休眠の開始、維持、解除のメカニズムが、これらの他の種にどの程度当てはまるかは明らかではありません。

絶対休眠（形容詞：必然的に）（別名季節的遅延着床）は、子孫の誕生が最適な環境条件下で行われるようにし、最大限の生存を保証するメカニズムである。^{[12] [9]}提案されているメカニズムは、受胎と分娩（出産）を分離して、それぞれが一年のうちで最も好ましい時期に起こるようにすることである。^[9]

絶対休眠は、1日の日照時間数（光周期）の変化によって活性化または不活性化されるため、特定の季節に発生します。^{[10]絶対休眠はさまざまな}グループのさまざまな種で発生しますが、休眠期間には大きなばらつきがあります。ウエスタンスカンク（Spilogale gracilis）の休眠期間は約200日ですが、アメリカミンク（Neogale vison）の休眠期間は約14日です。^[10]

通性休眠と同様に、一連のホルモン変化により着床前に胚盤胞の発育が停止し、胚の継続的な成長が妨げられます。しかし、絶対休眠では、胚盤胞は生殖期ごとに休眠状態に入ります。つまり、母親が産む胚盤胞はすべて休眠期間に入ることになります。^[10]

絶対休眠の厳密な制御は、母親と子孫の生存に不可欠です。早期休眠は成長と繁殖の機会を逃すことにつながり、遅い休眠は悪条件による死につながる可能性があります。^[13]

春分前は[ ^b]日長が12時間未満となる。これにより松果体でのメラトニン産生が増加する。メラトニンとプロラクチンの抑制関係により、メラトニンの増加は下垂体からのプロラクチン分泌を減少させる。プロラクチンの減少は結果として黄体でのプロゲステロン産生を減少させ、胚盤胞の発育を妨げる。これにより胚休眠が誘発される。^[10]

春分以降、日照時間は12時間以上になります。これにより松果体でのメラトニンの生成が減少し、その結果、下垂体と黄体でのプロラクチンとプロゲステロンの生成が増加します。^[10]

プロラクチンの増加は、Odc（オルニチン脱炭酸酵素）遺伝子の発現を誘導する。Odc遺伝子は、子宮環境内でポリアミンであるプトレッシンの生成における律速酵素であるODCタンパク質を生成する。プトレッシンの存在は、胚の絶対休眠からの脱出を誘導する役割を示している可能性がある。^[10]

胚性幹細胞（ESC）は、胚の休眠を制御するメカニズムのさらなる理解を可能にする可能性があります。^[13]これは、ESCと休眠中の胚盤胞が非常に類似したトランスクリプトームプロファイルを持っているためです。 [ ^13] ESCは、胚の胚盤胞の未分化内部塊細胞から得られ、体外で継続的に増殖する能力があります。^[13] ESCは、ESCが最適な効率で休眠に入ることができる時点で、主にマウスモデルから得られます。^[3]

休眠中の胚盤胞とES細胞は、代謝、生合成、遺伝子発現経路のダウンレギュレーションを含むトランスクリプトームプロファイルの類似性を持っています。 ^[3]これらの類似性により、ES細胞を細胞モデルとして使用して、胚の休眠を制御する分子因子を特定できる可能性があります。^[13]

• ウェッデルアザラシ#繁殖