生殖細胞巣

卵巣の発達過程で、生殖細胞巣（生殖細胞嚢胞）が形成されます。この巣は、不完全な細胞分裂によって形成された複数の相互に連結した卵原細胞から構成されています。これらの相互に連結した卵原細胞は、顆粒膜細胞と呼ばれる体細胞に囲まれています。発達が進むにつれて、生殖細胞巣は顆粒膜細胞の侵入によって崩壊します。その結果、個々の卵原細胞が単層の顆粒膜細胞に囲まれた状態になります。発達中の精原細胞にも、相互に連結した細胞質橋を持つ、これと類似した生殖細胞巣構造が存在します。

減数分裂に先立ち、始原生殖細胞（PGC）は生殖腺に移動し、生殖隆起に沿って細胞の塊または巣状構造を形成して有糸分裂します。これらの細胞は生殖細胞嚢胞または生殖細胞巣と呼ばれます。生殖細胞巣の形成に関する理解は限られています。しかし、無脊椎動物モデル、特にショウジョウバエは、形成を取り巻くメカニズムについての洞察を与えてきました。雌では、嚢胞は分裂中の前駆細胞から形成されると考えられています。この嚢胞形成中に、不完全な細胞質分裂を伴う4回の分裂が起こり、細胞間橋（環状管とも呼ばれる）で結合した嚢胞細胞が形成されます。^{[ 1 ]}

げっ歯類のPGCは胚発生10.5日目（E10.5）に生殖腺に移動し、有糸分裂する。この段階で、E10.5～E14.5の有糸分裂周期中に、完全細胞質分裂から不完全細胞質分裂に切り替わる。^{[ 2 ]}生殖細胞の巣は、分裂溝が停止して細胞間橋を形成することによって生じる前駆細胞の連続分裂の後に出現する。細胞間橋は、効果的なコミュニケーションを維持する上で重要である。細胞間橋は、有糸分裂嚢形成サイクルが完了した直後に減数分裂が始まることを保証する。 ^{[ 3 ]}雌では、有糸分裂はE14.5で終了し、減数分裂が始まる。しかし、生殖細胞が生殖腺に移動して到着後に集まって巣を形成したり、細胞凝集によって形成される可能性もある。^{[ 1 ]}

生殖細胞巣に関する私たちの理解のほとんどは、ショウジョウバエ（Drosophila）の研究に基づいています。ショウジョウバエのモデルでは、生殖細胞巣は不完全な細胞分裂（細胞質分裂）によって生じ、娘細胞間に環状管と呼ばれる橋を形成します。卵巣嚢胞では、通常、1つの細胞を除くすべての細胞が栄養細胞に分化し、これらの環状管を通して物質を輸送して、残りの細胞（卵母細胞）の成長を促進します。男性では、精子細胞はほぼすべてこれらの生殖細胞の塊の中で発生し、生殖細胞間の相互接続によって、遺伝物質が環状管を通して共有されるため、機能しない精子の産生が減り、特定の遺伝子型が他の遺伝子型よりも選択される（減数分裂駆動）という利点があると考えられています。また、男性の生殖細胞の塊の間には高度な同期性が見られます。女性では、生殖細胞巣は、分化した嚢細胞が栄養細胞になることで、大きな卵子の産生を可能にします。生殖細胞巣内の看護細胞で卵母細胞を支えることで、卵母細胞の核は不活性状態を維持でき、突然変異や寄生虫に対する感受性が低下する（主に昆虫モデルに当てはまる）。しかし、環状管が存在するにもかかわらず、同期性はあまり見られない。卵巣生殖細胞嚢胞における環状管を通る輸送は高度に制御され、方向性がある。^{[ 1 ]}

ショウジョウバエのモデルと同様に、マウスやヒトなどの哺乳類の生殖細胞嚢は、合胞体内の核間の微小管を介した物質輸送を促進する。マウス、ウサギ、ヒトの胎児卵巣の環状管内には、滑面小胞体、リボソーム、滑面小胞、ミトコンドリア、微小管などの細胞小器官が存在する。これにより、卵母細胞の分化中に細胞小器官の再分布が可能になり、胎児生殖細胞の約20%が細胞質成分が豊富な一次卵母細胞に分化する。細胞質を提供する生殖細胞はアポトーシスを起こす。この機能に加えて、生殖細胞嚢は減数分裂の開始を促進し、ミトコンドリアを豊富にすることで細胞小器官の生合成を促進し、有糸分裂を阻害して減数分裂に入る生殖細胞の数を制限し、生殖細胞の運動性を制限する可能性も示唆されている。^{[ 4 ]}

マウスでは、生殖細胞巣の崩壊は出生直後に起こり、ヒトでは、この崩壊は妊娠第2期に起こります。生殖細胞巣の崩壊には、多くの生殖細胞核の変性と前顆粒膜細胞の巣への侵入が伴います。^{[ 5 ]}生殖細胞巣では、1つの生殖細胞が卵母細胞に成熟する一方、他の生殖細胞は「栄養細胞」として働き、ミトコンドリアなどの細胞質小器官を含む内容物を、あらかじめ定められた卵母細胞に輸送します。これらの栄養細胞はその後アポトーシスを起こします。^{[ 6 ]}

残った核間の細胞質橋は、周囲の体細胞のプロテアーゼ作用によって切断される。顆粒膜細胞が残った核を完全に囲むと、基底膜が形成され、新しく形成された各原始卵胞を完全に包み込む。巣の崩壊中に生殖細胞が選択的に失われる理由は、遺伝的欠陥または生殖細胞が必要な細胞質オルガネラを生成できないためであり、したがって品質管理機構として機能していると考えられている。^{[ 5 ]}

男性の場合、この精子形成の過程は女性の卵子形成の過程とは少し異なりますが、比較対象となる「生殖細胞巣/嚢胞」が存在します。男性の生殖幹細胞は非対称分裂して、1つの幹細胞と精原細胞（未分化の男性生殖細胞）を生じ、精原細胞は有糸分裂増殖を経て一次精母細胞（二倍体- ヒトでは46本の染色体）を形成します。各精母細胞は2回の減数分裂を経て、1回目の減数分裂で2つの半数体二次精母細胞を、2回目の減数 分裂で4つの半数体（ヒトでは23本の染色体）精子細胞を生成します。これらの精子細胞はその後、成熟精子へと分化します。^{[ 7 ]}

これらの発達中の雄性生殖細胞では、有糸分裂と減数分裂中に不完全な細胞質分裂が起こります。細胞質分裂は通常、1つの親細胞の細胞質が分裂して2つの娘細胞に分かれるときに起こります。1つの成熟精原​​細胞（未分化の未成熟な雄性生殖細胞）から派生した分化（特殊化）中の娘細胞の大きなクローンは、細胞を相互接続する安定した細胞内細胞質橋によって連結されたままです。これにより合胞体が形成されます。合胞体は、1つの細胞膜内に包まれた多数の核を含む細胞質の塊です。これらは、個々の精子が精細管腔に放出される精子分化の終了まで存続します。精細管は精巣の機能単位であり、さまざまな成熟段階の生殖細胞と他の多くの構成要素を含んでいます。^{[ 8 ]}

これらの細胞内橋は生殖細胞間のコミュニケーションと細胞質成分の共有を促進し、有糸分裂の同期と減数分裂への移行を可能にする。これらは雄の昆虫と哺乳類の生殖能力に必要である。哺乳類では、生殖細胞は細胞間橋で相互接続された数百個の生殖細胞からなる合胞体を形成する。^{[ 7 ]}細胞は隣接する細胞と共通の細胞質を共有しているため、完全な二倍体ゲノムのすべての産物を細胞に供給することができる。Y染色体を持つ発達中の精子は、X染色体上の遺伝子によってコードされる必須タンパク質を供給することができる。^{[ 8 ]}