遺伝子改変動物を用いた受精の分子メカニズムの解析

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近年の遺伝子改変技術をはじめとする分子生物学的解析方法の進歩により、受精が複雑かつ厳密にコントロールされていることが明らかになってきているが、生体内でどんな現象が起こっているかは未だ謎に包まれている。本研究では精子が子宮に射出された後、どのように輸卵管を上り、膨大部に達して卵と出会うのか、生体内における受精のイメージングを試みた。我々が過去に樹立した、先体にGFP、ミトコンドリアにRFPを発現する蛍光精子をもつトランスジェニックマウスを用いて、子宮や卵管壁を通しての精子の挙動の観察を行った。トランスジェニックマウスの雄と交配させた雌の15分後の子宮、輸卵管を顕微鏡下にてリアルタイムで観察したところ、精子は子宮-卵管接合部(UTJ)から卵管狭窄部(isthmus)にかけて局在していたが、活発な鞭毛運動は見られなかった。そこで、30秒毎のタイムラプスを撮影したところ、精子がUTJからisthmusの方向へ列を成して上っていく様子が観察できた。さらに交尾後2時間の輸卵管を観察すると、輸卵管の蠕動運動によって精子の集団が行ったり来たりを繰り返しながら膨大部の方向へ運ばれていく様子が見られた。過排卵処理を行い、雄と交配させた雌から採卵し受精率の推移を調べると、卵が受精し始めてから全ての卵が受精するまでには約6時間かかっており、生体内における受精はIVFなどのin vitroでの受精系で見られるような、卵に対して多数の精子が一度に達し、一度に完了するものではないことが予想された。実際に膨大部における精子の局在を観察したところ、受精が進行中の時間帯では、卵1つに対して精子は1匹のみで余分な精子は認められず、膨大部に到達した精子は卵と確実に受精しているであろうことがわかった。今回の受精のライブイメージングにより、雌性生殖路における精子の挙動の全体像が明らかになった。精子と輸卵管、または精子と卵の相互作用の分子メカニズムの解明の一助になると考えられる。