卵子を育てる「細胞間のかけ橋」の機能に迫る、内部構造の解明

～卵子とその周辺細胞とのコミュニケーションを促す橋渡し構造の中に「微小管」を発見～

発表のポイント

 卵巣内で、卵子とその周囲の細胞をつなぐ突起構造の中に、微小管^※1が広く存在することを発見しました。従来の顕微鏡とは異なる超解像顕微鏡による観察で、今回の発見に至りました。
また、突起構造を形成するために必要な因子として、微小管結合タンパク質Camsap3^※2が重要な働きを担うことを発見しました。
 Camsap3を欠損したマウスは、卵子の成熟異常、排卵障害、不妊を示すことを発見しました。
 卵子と周囲の細胞との突起形成がCamsap3と微小管によって促進されることが分かり、卵子と周辺細胞とのコミュニケーション機構の実体が明らかになることで、卵子の成熟機構について理解が進み、生殖医療・不妊研究への応用が期待されます。

不妊の原因のひとつである卵子成熟の欠陥を治療することはできないのか？そのために欠かせないのは、卵子の成熟がどのように起きるのかというメカニズムを解明することです。
この課題に迫るため、京都大学大学院薬学研究科の戸谷美夏（とや　みか）助教（研究当時：早稲田大学理工学術院）および早稲田大学理工学術院の佐藤政充（さとう　まさみつ）教授は、早稲田大学大学院先進理工学研究科生命医科学専攻 博士後期課程の相川皓洋（あいかわ　あきひろ）、修士課程の鶴巻孝夫（つるまき　たかお）とともに、麻布大学獣医学部の伊藤潤哉（いとう　じゅんや）教授、京都大学大学院薬学研究科の倉永英里奈（くらなが　えりな）教授との共同研究チームで、卵子とその周囲の細胞とをつなぐ突起構造の内部に、微小管が高頻度で存在することを超解像顕微鏡技術により発見しました。さらに、その突起構造を形成するためにはCamsap3タンパク質が重要な役割を果たすことを明らかにしました。本研究成果は、卵子成熟を促す細胞間コミュニケーションの新たな仕組みを示すものであり、卵成熟の欠陥による不妊の原因解明や生殖医療の発展につながることが期待されます。
本成果は、2026年4月28日（火）に『iScience』(出版社：Elsevier／Cell Press)で公開されました。


図1 卵子周囲の細胞から卵子に向けて伸びる突起のほとんどに微小管が含まれていることを発見
これまでの研究で分かっていたこと
ヒトやマウスなど、ほ乳類の卵子は、卵巣内でたくさんの顆粒層細胞^※3に取り囲まれた状態で成熟します。卵子の成熟に異常があると不妊につながるため、そのメカニズムを解明することは生殖医療の観点から重要です。顆粒層細胞は卵子に様々な分子を届けることで卵子の成熟を促すと考えられていますが、具体的な分子メカニズムは分かっていません。卵子と顆粒層細胞の間には透明帯という領域が存在します。透明帯を超えて顆粒層細胞から卵子に直接分子を送り届けるために、顆粒層細胞はTranszonal projection（以降、「TZP」という）^※4と呼ばれる突起状の構造を伸ばします（図1、図2）。これが卵子まで到達することで、卵子の成熟に必要な物質を送り届けると考えられています。
これまで、TZP突起の内部には、アクチン^※5と呼ばれる細胞骨格の一種が内包されることが分かっていました。これに対して、異なる細胞骨格である微小管はTZP突起のうち5%程度にしか存在しなかったため、重要な機能を担うとは考えられていませんでした。

新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

本研究では、これまでの定説とは異なり、TZP突起構造の中に微小管が頻繁に存在することを発見し、これが卵子成熟に大きな役割を担うことを明らかにしました。
着想の経緯は、戸谷美夏博士（京都大学）が以前から研究していた微小管結合タンパク質Camsap3でした。一般的にCamsap3は細胞内の微小管を安定化させる機能を持ち、マウスの生体内では腎臓や卵管、気管、脳などの幅広い組織で重要な役割を担います。今回、Camsap3の遺伝子欠損（ノックアウト）マウスのメスは、排卵せず不妊を示すことを発見しました。不妊の原因に迫るために卵巣組織を解析したところ、Camsap3欠損マウスでは初期段階の卵子は正常に形成されていましたが、排卵が近づいた後期段階の卵子はほぼ消滅しており、卵子成熟の過程に異常がある様子が見えてきました。
Camsap3欠損マウスの卵子と顆粒層細胞を観察した結果、両者をつなぐTZP突起の本数が野生型マウスと比較して約60%に減少していました（図2）。従来の研究では、TZP突起は内部にアクチン細胞骨格を含むことが知られています。これに対して、別の細胞骨格である微小管はTZP突起全体のうち約5%にしか発見されていないことから、微小管結合タンパク質Camsap3の欠損マウスにおいて、なぜ、アクチンを主体とするはずのTZP突起が異常を示すのか疑問でした。
そこで、超解像顕微鏡技術を用いてTZP突起を高精細に観察しました。その結果、通説とは異なり、TZP突起の大多数（約80%）が内部に微小管を含むことを発見しました（図2）。つまり、微小管結合タンパク質Camsap3を欠損すると、TZP突起内部の微小管に異常が起き、これがTZP突起の形成不全を引き起こすことが分かりました。このように、微小管は従来想定されていたよりもはるかに重要な役割、つまり突起そのものを形成するために中心的な役割を果たすことが見えてきました。