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雌雄同体である海産無脊椎動物カタユウレイボヤは、卵と精子が自己・非自己を識別することで自家受精を防ぐ機構「自家不和合性」を獲得している。自家不和合性は有性生殖による種内の遺伝的多様性を維持するための重要な機構である。カタユウレイボヤの自家不和合性は、卵側のv-Themis-A/Bと精子のs-Themis-A/Bによって制御されていることが示唆されているが、自家不和合性機構のメカニズムは明らかになっていない。受精の際、カタユウレイボヤの精子は卵を被う卵黄膜に結合し、卵黄膜と精子細胞膜上で自己と非自己の識別が行われる。その後、非自己精子のみが卵黄膜を通過し受精に至るが自己精子はどのような自己シグナルが働き受精できないのか、その自家不和合性反応についての解析を行うことで自家不和合性機構の解明を試みた。
まず、受精時の精子の様子を、高速カメラを用いて観察し、鞭毛の運動及び波形の解析を行った。その結果、精子は自己非自己関係なく卵黄膜に結合し、自己の卵黄膜に結合した精子の一部は卵黄膜から離脱する様子が観察された。また、自己の卵黄膜に結合し続けた精子は鞭毛波形が変化し、最終的には運動性を失うことを明らかにした。このように、自己と非自己の卵黄膜と精子の結合において、結合後の精子の運動性が大きく異なっていることが判明した。
精子鞭毛の波形や運動は細胞内カルシウム濃度によって制御されている事が知られている。また、s-Themis-Bはその分子構造から、カチオンチャネルとして精子細胞内へのカルシウム流入を調節しているのではないかと考えられている。そこで、精子細胞内カルシウムと自家不和合性の関連を明らかにするため、カルシウムイメージングを行った。その結果、自己の卵黄膜に結合した精子が結合後に細胞内の急激なカルシウム濃度の上昇を引き起こすことを観察した。一方、非自己の卵黄膜に結合した精子には、このような大幅な細胞内カルシウム濃度の上昇は見られなかった。
このように、精子細胞内カルシウム濃度の上昇による自家不和合性反応によって、精子鞭毛運動が変化し、受精能が喪失することで自家受精を回避していることを明らかにした。
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