ニュース｜カロリンスカ研究所、卵子が精子の侵入を制御する仕組みを解明

Karolinska Institutetが主導した新たな研究で、研究者らは、卵子が受精するとその周囲の膜が引き締まり、追加の精子が侵入するのを機械的に防いで、その後の胚の死を回避することを明らかにしました。この研究は、卵子周囲の膜のタンパク質の変異が女性不妊の原因となる可能性を示すとともに、将来的に新たな避妊法につながる可能性も示しています。研究成果はCellに掲載されました。

哺乳類の受精は、精子が卵子を取り囲む膜に付着することで始まります。この膜は線維状の細胞外エンベロープで、精子は卵子と融合するためにこれを通過しなければなりません。国際研究チームは今回、受精時の卵子と精子の相互作用を調節する卵子周囲の膜の線維の主要成分であるZP2の構造と機能を詳細に解明しました。

「最初の精子が卵子に侵入した後、ZP2が切断されることは分かっていました。今回、この現象によって卵子周囲の膜が硬化し、他の精子を通さなくなる仕組みを説明しました」と、研究を主導したKarolinska Institutet生物科学・栄養学部教授のLuca Jovine氏は述べています。「これにより、多精子受精、つまり一個の卵子と複数の精子が融合することが防がれます。多精子受精は胚にとって致命的です」

受精後に卵子周囲の膜が変化することは、着床まで発生中の胚を保護するため、女性の妊娠成立にも不可欠です。この知見は、卵子周囲の膜の形成を妨げる非ホルモン性避妊薬の開発に役立つ可能性があります。また、この研究は卵子周囲の膜に関連する女性不妊の形態についても説明しています。

「卵子周囲の膜のタンパク質をコードする遺伝子の変異は女性不妊の原因となる可能性があり、こうした変異は増加しつつあります」とLuca Jovine氏は説明しました。「私たちの研究が女性不妊の診断を支え、意図しない妊娠の予防に役立つ可能性があることを願っています」

重要な点として、この研究では、従来は精子受容体と考えられていたZP2の領域が、精子の卵子への付着に必要ではないことも示されました。これにより、卵子周囲の膜に存在する真の精子受容体は何かという疑問が生じ、研究者らは今後さらに調査する予定です。

研究者らは、X線結晶構造解析とクライオ電子顕微鏡法を組み合わせ、卵子周囲の膜のタンパク質の3D構造を調べました。マウスを用いた機能研究では、ZP2変異を持つ精子と卵子の相互作用を調べ、AIプログラムのAlphaFoldを使ってヒトの卵子周囲の膜の構造を予測しました。

この研究は、日本の大阪大学と上智大学、米国のピッツバーグ大学と共同で実施され、SciLifeLab、ESRF、DLS、BESSY IIの各シンクロトロンで収集されたデータが使用されました。

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