| 研究課題/領域番号 |
06044023
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| 研究種目 |
国際学術研究
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 共同研究 |
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
経塚 啓一郎 東北大学, 理学部, 助手 (40124573)
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| 研究分担者 |
TOSTI Elisab ナポリ臨海実験所, 細胞生物部門, 研究員
DALE Brian ナポリ臨海実験所, 細胞生物部門, 教授
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| 研究期間 (年度) |
1994 – 1995
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| キーワード | ユウレイボヤ / 受精 / 減数分裂 / 細胞周期 / 細胞内カルシウム / 卵成熟促進因子 / 精子因子 / カルシウムオッシレーション |
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| 研究概要 |
多くの動物種でカルシウムシグナルが、細胞周期の制御に重要な役割を果たしていることが示唆されている。ユウレイボヤ卵は第一減数分裂中期で卵成熟分裂を休止しており、受精により減数分裂が再開始する。カルシウム(Ca^<2+>)蛍光指示薬、カルシウムグリーン、デキストラン(分子量10,000)を用いて受精時の減数分裂再開後のCa^<2+>変化を観察したところ、受精直後の上昇に引き続いて、Ca^<2+>濃度の変動(カルシウムオッシレーション)が5分程度起こり、この直後に第一極体の放出が見られた。この後Ca^<2+>濃度は未受精卵値に戻り、受精約14分後に再びカルシウムオッシレーションが開始し、約11分間継続する。カルシウムオッシレーションの終了時に第二極体の放出が起こった。ユウレイボヤ卵の減数分裂は、細胞内Ca^<2+>変化と密接に関連していることが明らかになった。
細胞分裂を制御する分子機構として、卵成熟促進因子(MPF)及びサイトスタティックファクター(CSF)の関与が考えられる。減数分裂過程におけるMPF(ヒストンH1キナーゼ活性による定量)及びCSF(c-mos抗体による検出)活性のいずれも第一減数分裂、第二減数分裂中期に高く、それぞれの終期に低かった。第一減数分裂中期の未受精卵にCa^<2+>キレーター、BAPTAを細胞内注射すると、MPF活性は急激に減少し、受精後の第一減数分裂終期に注射すると、2回目のCa^<2+>変化、MPF活性の上昇、第二極体の放出のいずれもが抑制された。このことは、MPF活性の制御に細胞内Ca^<2+>が関与していることを示唆する。また未受精卵細胞質を2細胞期の1割球に移植したところ、この割球の分裂は1周期遅れた。ユウレイボヤ卵減数分裂過程におけるCSF関与を初めて明らかにした。
細胞内Ca^<2+>濃度の上昇には小胞体からのCa^<2+>の放出が考えられるが、この過程にイノシトール3燐酸(IP_3)あるいはリアノジンレセプターの関与が知られている。それぞれのレセプターの特異的阻害剤であるヘパリン、ルテニウムレッドのいずれもが完全に受精時のCa^<2+>上昇を阻害できなかった。このことは、両方のレセプターが関与していることを示唆した。またIP_3を細胞内に注射すると、Ca^<2+>の一時的な上昇、細胞内Ca^<2+>の周期的な変化、及び第一極体の放出が誘起された。
細胞内Ca^<2+>変化の最初の引き金は精子により引かれるが、これが精子の何により引き起こされるのか、その実体はどの動物種においても明らかではない。現在、精子物質が卵表面の受容体に結合し、この情報が卵細胞質中に伝わるという考え方と、精子物質が直接細胞質中に作用するという2つの仮説がある。我々は、IP_3を細胞内に注射することで卵の活性化を引き起こした。また精子自身がIP_3を持っているとの報告もある。そこで精子抽出物(精子ホモジネート)を卵内に注射した。この結果、精子抽出物も卵を活性化し、第一極体の放出を誘起する事を明らかにした。この物質の生理学的特性を見ると、熱に安定な低分子(分子量3000以下)であり、従来ほ乳類で報告されている精子因子とは、その性質が異なる。比較のためほ乳類からの精子抽出物(human)を調製し、ユウレイボヤ卵に注射したが、この場合も同種の精子因子と同様のCa^<2+>変化が見られた。一方、ヘパリン注入卵に精子抽出物を注射してもCa^<2+>上昇を抑制できないので、ユウレイボヤ精子抽出物の活性部分はIP_3のみではなく複合物であることが考えられる。
卵細胞を材料にして、細胞周期の制御とCa^<2+>の関与を検討することは、細胞が大きく、顕微注射が可能であり、また減数分裂過程で一時的に休止している細胞周期を再開始できる利点を持つ。従来この研究に用いられてきたほ乳類卵は第二減数分裂中期で休止しており、減数分裂再開始後、第二極体を放出して完了する。一方我々の用いたユレイボヤの場合、第一減数分裂中期からの再開始であるために、第一、第二と2回の減数分裂過程を伴う。Ca^<2+>濃度が周期的に変化することは、ここで初めて明らかになり、また第二減数分裂過程でも実験的な操作を加えることができる。我々はユウレイボヤ卵のCa^<2+>測光方法とこれに伴う顕微注射技術を確立した。さらに分子機構も同時に解析する手法を開発した。このことは、今後細胞周期の制御機構を検討していく上で大きな貢献であると確信する。
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