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精子の走熱性は精子誘導の一種で、精子細胞（精子）が温度勾配に応じて泳ぐ方向を積極的に変え、勾配に沿って泳ぎ上がります。これまでのところ、このプロセスは哺乳類でのみ発見されています。
背景
哺乳類の精子走化性の発見と、それが精子を数ミリメートル程度の短距離しか誘導できないという認識[1] は、長距離誘導メカニズムの可能性の探究を引き起こした。少なくともウサギ[2]とブタ[3]では卵管内に温度差が存在し、ウサギの排卵時には卵管と子宮の接合部付近の温度低下によってこの温度差が生じ、卵管内の精子貯蔵部位と受精部位の間に温度勾配が生じる[4] (図 1) という発見から、哺乳類の精子が温度勾配に熱走性で反応できるかどうかの研究が進められた。[5]
精子の走熱性を能動的なプロセスとして確立する
哺乳類の精子の走熱性は、これまでヒト、ウサギ、マウスの 3 種で実証されている。[5] [6]これは 2 つの方法で行われた。1 つは、各ウェルの温度を個別に制御および測定できるように改造されたZigmond チャンバーを使用する方法である。ウェル間に直線温度勾配を設定し、この勾配内での精子の遊泳を分析した。精子のごく一部 (約 10% 程度) は受精能を獲得した細胞であることが示され、勾配に従って遊泳方向を偏らせ、より温かい温度に向かって移動した。[5]もう 1 つの方法は、直線温度勾配を維持する熱分離装置内に 2 つ[7] [8]または 3 つ[6]の区画の分離チューブを配置する方法である。分離チューブの温かい方の端での精子の蓄積は、同じ温度で温度勾配がない場合の蓄積よりもはるかに高かった。[6]この勾配依存の精子の蓄積は、広い温度範囲 (29～41 °C) で観察された。[8]
温度はほぼすべてのプロセスに影響するため、上記の測定が本当に熱走性を示しているのか、それとも別の温度依存プロセスを反映しているのかという問題に多くの注目が集まっています。液体中の温度の最も顕著な影響は対流であり、このことから、見かけ上の熱走性反応は液体の流れの受動的なドリフトの反映か、または流れに対するレオタクティック反応[9] (温度勾配自体に対する反応ではなく) である可能性があるという懸念が生じました。もう 1 つの懸念は、温度によって精子が懸濁されている緩衝液の局所 pH が変化する可能性があるというものでした。これにより温度勾配に沿って pH 勾配が生成され、精子は形成された pH 勾配に走化性で反応した可能性があります。しかし、適切な制御の下でこれらすべての可能性を慎重に実験的に検討した結果、測定された温度に対する反応は真の熱走性反応であり、レオタクティック反応や走化性反応を含む他の温度に敏感なプロセスの反映ではないことが実証されました。[1] [8]
哺乳類精子の走温性の行動メカニズム
精子の走熱性行動メカニズムは、これまでヒト精子でのみ研究されてきた。[10]細菌の走化性[11]やヒト精子の走化性の行動メカニズムと同様に 、[12]ヒト精子の走熱性行動メカニズムは決定論的というよりは確率論的であると思われる。受精能を獲得したヒト精子は、方向転換や短時間の過剰活性化を挟みつつ、ほぼ直線的に泳ぐ。このような各エピソードは、新たな方向への泳ぎにつながる。精子が温度の低下を感知すると、鞭毛波の振幅が増大し、頭部の左右への変位が促進されるため、方向転換や過剰活性化の頻度が増加する。時間の経過とともに、この反応は部分的な適応を受ける。温度の上昇に対する反応では逆のことが起こる。これは、受精能を獲得した精子が温度勾配を上って泳ぐ場合、方向転換が抑制され、精子が勾配の方向に泳ぎ続けることを示唆している。勾配を下って泳ぐことになった場合、泳ぐ方向が再び勾配の上に戻るまで何度も方向転換します。
温度感知
温度が空間的に一定に保たれている場合でも、精子が時間的な温度変化に反応することから[10]、ヒト精子の走化性の場合と同様に[12] [13]、精子の走熱性には時間勾配感知が関与していることが示唆される。言い換えれば、精子は明らかに連続する時点間の温度 (または温度依存関数) を比較している。しかし、これは時間感知に加えて空間温度感知の発生を排除するものではない。ヒト精子は、広い温度範囲 (少なくとも 29～41 °C) 内で走熱性反応を示すことができる。[8]この範囲内で、精子は特定の好ましい温度よりも、より暖かい温度に優先的に集まる。驚くべきことに、精子は 0.014 °C/mm 未満の温度勾配を感知し、走熱性反応を示すことができる。これは、ヒト精子が体長 (約 46 μm) に等しい距離を泳ぐ場合、0.0006 °C 未満の温度差に反応することを意味する。
分子メカニズム
一般的に温度走性、特にそのような極めて敏感な温度感知の根底にある分子メカニズムは不明である。哺乳類で認識されている他の温度センサーとは異なり、精子の温度走性の温度センサーは温度感受性イオンチャネルではないことがわかっている。それらはむしろオプシンであり、[6]視覚において光センサーとして機能するGタンパク質共役受容体であることが知られている。オプシンは精子の特定の部位に存在し、種とオプシンの種類に依存する。[6]それらは、ホスホリパーゼCシグナル伝達経路と環状ヌクレオチド経路の2つのシグナル伝達経路を介して精子の温度走性に関与している。前者は、ヒト精子の薬理学的手段により、酵素ホスホリパーゼC、内部カルシウム貯蔵庫にあるイノシトール三リン酸受容体カルシウムチャネル、カルシウムチャネルTRPC3、および細胞内カルシウムに関与することが示された。 [6] [7]後者はこれまでホスホジエステラーゼに関与していることが示されてきた。[6]両方の経路を遮断すると精子の熱走性が完全に阻害される。[6]
参考文献
- ^ ab Pérez-Cerezales, S., Boryshpolets, S. and Eisenbach, M. (2015)哺乳類の精子誘導の行動メカニズム。Asian J. Androl. 17, 628-632。
- ^ David A、Vilensky A、Nathan H. (1972)ウサギの卵管の各部の温度変化。Int. J. Gynaec. Obstet. 10、52-56。
- ^ Hunter RH、Nichol R. (1986)精子貯蔵期における豚卵管の峡部と膨大部の間の排卵前温度勾配。J. Reprod. Fertil. 77、599-606。
- ^ Bahat, A., Eisenbach, M. and Tur-Kaspa, I. (2005)ウサギの卵管内の排卵前後の温度差の上昇Hum. Reprod. 20, 2118-2121.
- ^ abc Bahat, A., Tur-Kaspa, I., Gakamsky, A., Giojalas, LC, Breitbart, H. および Eisenbach, M. (2003)哺乳類精子細胞の温度走性：女性生殖管における潜在的なナビゲーションメカニズム。Nature Med. 9, 149-150。
- ^ abcdefgh Pérez-Cerezales, S.、Boryshpolets, S.、Afanzar, O.、Brandis, A.、Nevo, R.、Kiss, V.、Eisenbach, M. (2015)哺乳類の精子の熱走性におけるオプシンの関与。科学。議員5、16146。
- ^ ab Bahat, A. および Eisenbach, M. (2010)ヒト精子の走熱性はホスホリパーゼCおよびイノシトール三リン酸受容体Ca 2+チャネルによって媒介される。Biol. Reprod. 82, 606-616。
- ^ abcd Bahat, A.、Caplan, SR、Eisenbach, M. (2012)広範囲にわたる非常に浅い温度勾配におけるヒト精子細胞の熱走性PLoS ONE 7、e41915。
- ^ Miki K. and Clapham, DE (2013)流動性は哺乳類の精子を誘導する。Curr. Biol. 23, 443-452。
- ^ ab Boryshpolets, S., Pérez-Cerezales, S. and Eisenbach, M. (2015)ヒト精子の熱走性における行動メカニズム - 過剰活性化の役割Hum. Reprod. 30, 884-892.
- ^ Macnab, RMおよびKoshland, DE (1972) 「細菌走化性における勾配感知機構」 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 69, 2509-2512。
- ^ ab Armon, L. および Eisenbach, M. (2011)ヒト精子走化性における行動メカニズム: 過剰活性化の関与。PLoS ONE 6, e28359。
- ^ Gakamsky, A., Armon, L. and Eisenbach, M. (2009)化学誘引物質または細胞内環状ヌクレオチドの濃度上昇に対するヒト精子の行動反応Hum. Reprod. 24, 1152-1163.
外部リンク
- セメナックスの臨床試験結果