流産や不妊の原因となる「ヒトの胚染色体の誤結合の謎」を解明

人間の体細胞には、通常46本の染色体があり、父親の精子、母親の卵子から23本ずつ受精の際に結合します。しかし、大多数のヒトの胚は、染色体の数が正しくなく、このような胚は生存できず、流産や不妊の主要な原因となります。なぜそのような事が起こるのか研究者たちが解明します。

The majority of human embryos, however, end up with an incorrect number of chromosomes. These embryos are often not viable, making erroneous genome unification a leading cause of miscarriage and infertility.

参照元：https://www.mpg.de/16871713/errors-at-the-start-of-life
– マックス・プランク研究機構 Max Planck Gesellschaft. MAY 07, 2021 –

受精の3回に1回だけが妊娠に成功しています。

また、多くの胚が初期発生の段階から成長できません。

ゲッティンゲン（ドイツ）にあるマックス・プランク生物物理化学研究所（MPI）の細胞生物学者は、マリエンゼーにある農場動物遺伝学研究所の研究者やその他の国際的な研究者とともに、初期胚発生を研究するための新しいモデルシステムを開発しました。

このシステムを用いて、受精直後にそれぞれの親の遺伝物質が結合する際に、しばしばエラーが発生することを発見しました。

これは、非常に効率の悪いプロセスによるものです。。

人間の体細胞には、通常46本の染色体があり、これらの染色体が一緒になって遺伝情報を持っています。

これらの染色体は、父親の精子から23本、母親の卵子から23本、受精の際に初めて一緒になります。

受精後、親の染色体は最初、前核と呼ばれる2つの別々の区画に存在します。

これらの前核は、ゆっくりとお互いに近づいていき、接触します。

その後、前核の膜が溶けて親染色体が結合する。

しかし、大多数のヒトの胚は、染色体の数が正しくありません。

このような胚は、多くの場合、生存することができず、ゲノムの誤結合は流産や不妊の主要な原因となっています。

MPI for Biophysical Chemistryのディレクターであるメリナ・シュー氏は話します。

「染色体数が正しくない胚の約10～20％は、受精前の卵子の染色体数が少なすぎたり多すぎたりすることが原因です。このことはすでにわかっていました。しかし、なぜこれほど多くの胚でこの問題が起こるのでしょうか？精子と卵子が結合した直後の、いわゆる接合体の段階は、胚の成長にとって非常に重要な段階であるように思われました。私たちは、その理由を知りたいと思いました。」

研究チームは、イギリスの研究機関で記録されたヒトの接合体の顕微鏡映像を分析しました。

さらに、初期胚発生の詳細な研究に適した新しいモデル生物の発見にも取り組みました。

Schuh教授の研究室に所属するTommaso Cavazza氏は話します。

「共同研究者であるInstitute of Farm Animal Genetics（農場動物遺伝学研究所）と協力して、ヒトの胚によく似たウシの胚を生きたまま観察する方法を開発しました。最初の細胞分裂のタイミングは、ヒトの胚とウシの胚でほぼ同じです。さらに、染色体が正しく分配されない頻度は、どちらのシステムでもほぼ同じです。」

このモデルシステムのもう一つの利点は。ウシの胚が発生した卵を食肉処理場の廃棄物から入手したため、追加で動物を犠牲にする必要がなかったのです。

Schuh氏のチームは、ウシの卵を体外で受精させた後、ライブセル顕微鏡を使って、親の遺伝物質がどのように結合するかを追跡しました。

その結果、親染色体は2つの前核の境界部分に集まっていることがわかりました。

しかし、いくつかの接合体では、個々の染色体がクラスター化していないことに気がつきました。

その結果、親染色体が結合したときにこれらの染色体が失われ、染色体の数が少なすぎる状態になってしまったのです。

このようにしてできた接合体は、すぐに発育障害を示すようになりました。

Cavazza氏は話します。

「前核の境界で染色体を集めることは、非常に重要なステップであると思われます。クラスター化に失敗すると、健全な胚の発生とは無縁のエラーが発生することが多いのです。」

では、なぜ親の染色体は正しくクラスター化できないことが多いのでしょうか？

マックスプランクの研究者たちは、Cavazza氏が報告しているように、それも解明することができました。

「細胞骨格と核膜の構成要素が、前核内での染色体の移動を制御しています。興味深いことに、これらの要素は、2つの前核を互いに誘導しています。つまり、必要不可欠でありながら、往々にしてうまくいかない、密接に結びついた2つのプロセスを扱っているのです。このように、胚が健全に成長するかどうかは、極めて非効率なプロセスにかかっているのです。」

今回の研究成果は、人間の体外受精にも関連しています。

ヒトの接合体では、前核の界面に核小体と呼ばれるものが蓄積していることが、受精の成功率を示す指標になるのではないかと以前から議論されていました。

これらの前核成分がすべて界面に集まっている接合体は、正常に発育する可能性が高いため、不妊治療に優先的に用いられる可能性があります。

Schuh氏は話します。

「健全な胚の発生を保証するためには、染色体が界面に集まっている必要があるという観察結果は、この選択基準を裏付けるものです。」