研究内容


 

受精の分子機構


 卵細胞は糖タンパク質性(海産無脊椎動物では卵黄膜,哺乳類では透明帯)と細胞性(濾胞細胞)の卵保護層により覆われています。受精の際には、精子が卵黄膜上の精子レセプターに結合後、先体反応と呼ばれる精子頭部先体胞の開口分泌が引き起こされ、先体胞内のライシン(精子プロテアーゼ等の卵保護層溶解物質)が精子細胞膜上に露出あるいは放出されます。そのライシンの作用により卵黄膜に精子通過口が開けられ、精子が囲卵腔内に進入して精子と卵との細胞膜融合が可能となります。この細胞膜融合により卵の膜電位における脱分極がおこり、精子との細胞膜融合が阻害されると同時に、卵表層粒の開口分泌によりプロテアーゼが放出され卵黄膜上の精子レセプターが分解されるため、多精拒否が成立すると考えられています。

 

 当研究室では、これらの受精過程に関わる分子の同定とその生物学的役割について研究しています。特に、ライシンの分子的実体を明らかにし、それが卵保護層に精子通過口を開ける機構を明らかにしたいと考えています。哺乳類では,精子トリプシン様酵素アクロシンがライシンであると永年信じられてきましたが、そのノックアウトマウスにおいても受精が成立することから、アクロシンのライシンとしての機能が疑問視されるようになりました。当研究室では、ライシン分子を明らかにするために、受精実験の容易なマボヤを材料として取り上げ、研究を行なってきました。そして、精子の卵黄膜への結合には、精子プロテアーゼ前駆体であるプロアクロシン(特にC末端CUBドメインを介して)(1) とスペルモシンL鎖(2) が重要な役割を果たしていること、また、精子の卵黄膜通過には、これらの精子トリプシン様酵素に加えて、精子のユビキチン-プロテアソームシステムが細胞外で重要な機能を果たしていることを突き止めました (3)。すなわち、精子が卵黄膜上の精子レセプター(HrVC70)に結合し、同種異個体であると判断すると精子の活性化(精子反応と呼ばれる現象)が起こり (4, 5)、HrVC70 が細胞外でユビキチン化されて (3, 6, 7)、精子細胞膜上のプロテアソームによって分解されるということが判ってきました (4)。この新しい細胞外ユビキチンープロテアソームシステムがライシンとして受精の場で作用しているという発見は、当研究室が世界に先駆けて明らかにした独創的な研究成果です。さらにまた、このシステムは、ホヤだけでなくウニにおいても重要な役割を果たしていることが当研究室の研究により明らかになってきました (8, 9) 。ウニではライシンとしての機能に加えて、先体反応においてもプロテアソームが重要な役割を果たしているようです (8. 9)。ホヤやウニで私達が発見した「受精に関与する細胞外ユビキチン-プロテアソームシステム」は、実は海産無脊椎動物に限らず、哺乳類の受精においても機能していることが最近明らかにされ、生殖医療の観点からも注目されています。 

 受精実験の容易な海産無脊椎動物を用いて研究を行ったからこそ、「哺乳類を含めた新口動物全般におけるライシン研究に新展開をもたらすことができた」といっても過言ではありません。そこに、海洋生物学研究を行なう一つの意義があると私達は考えています。  


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