アフリカツメガエルの卵の過剰活性化は酸化ストレスにより起こり、非アポトーシス性細胞死を引き起こすことがあります。この過程は自然にも発生し、酸化や機械的ストレスに似た変化が観察されています。これには卵の収縮、サイズ増加、ATP枯渇が1時間以内に含まれるネクローシス性の細胞死です。生殖管内でも過剰活性化があり、機械的ストレスが重要な要因と考えられます。

「Spontaneous overactivation of Xenopus frog eggs triggers necrotic cell death」
（アフリカツメガエル卵の自発的過剰活性化はネクローシス性細胞死を引き起こす）

アフリカツメガエルの卵の過剰な活性化、すなわち過剰活性化は、強い酸化ストレスによって引き起こされ、カルシウム依存性の非アポトーシス性細胞死を加速することがある。また、過剰活性化は自然発生的にも生じるが、産卵されたカエルの卵の自然集団では低頻度で発生する。現在、この自然発生的な過程の細胞学的および生化学的なイベントの特徴は明らかではない。本研究では、ツメガエルの卵の自然発生的な過剰活性化も、酸化ストレスや機械的ストレスによる過剰活性化と同様に、卵の皮質層の速やかで不可逆的な収縮、卵のサイズの増加、細胞内ATPの枯渇、細胞内ADP/ATP比の急激な増加、細胞分裂期特異的サイクリンB2の分解によって特徴付けられることを明らかにした。これらのイベントは、カスパーゼの活性化なしに、過剰活性化の刺激付与から1時間以内に卵に現れる。重要なことに、過剰活性化された卵からは、大量のATPとADPが漏れ出し、これはこれらの細胞の細胞膜の機能が損なわれていることを示している。細胞膜の破裂と細胞内ATPの急激な枯渇は、この細胞死が明確に壊死（ネクローシス）性細胞死であると結論することを支持する。最後に、卵の過剰活性化がアフリカツメガエルの生殖管内でも発生することを報告する。私たちのデータは、アフリカツメガエルにおいて、産卵中に卵の過剰活性化を促進する主要な要因として機械的ストレスがあることを示唆している。

成熟したアフリカツメガエル（Xenopus laevis）の卵の細胞周期は、第二減数分裂の中期で停止しており、これは主要な減数分裂調節因子である成熟促進因子（MPF）と細胞静止因子（CSF）の高い活性によるものである。受精を待つ間、減数分裂で停止した卵は老化し、様々な損傷を受けて質が低下する。このストレスと老化による損傷は、受精率の低下、多精子症、単為生殖、胚の異常な発達につながる。この質の悪化があるため、卵は排卵後の数時間内にのみ、受精による正常な発生開始が可能である。受精がない場合、排卵後の老化により卵子は徐々に劣化し、断片化し、最終的にはアポトーシスによって分解される。この細胞死は、自発的な卵の活性化と減数分裂中期の停止からの離脱を伴うもので、48〜72時間以内に卵は崩壊する。減数分裂中期で停止した卵の自然活性化に関わる細胞内経路はあまり理解されておらず、この過程にはカルシウム依存メカニズムが関与する可能性が示唆されている。しかし、自然活性化にはカルシウム非依存のメカニズムも関与するかもしれない。カエル以外の脊椎動物モデル、すなわちマウスや豚の老化した卵では、主要なCSFとMPF成分の活性が低下していることがわかっている。また、アポトーシスは老化した未受精のウニ卵（無脊椎動物モデル）でMAPキナーゼの進行的非活性化によって引き起こされることが示されている。

卵の過剰活性化は、カエルの排卵や産卵時に時折伴う異常な生理的過程である。本研究では、未受精で第二減数分裂中期で細胞周期を停止しているアフリカツメガエルの卵における自然発生的過剰活性化の主要な生化学的および細胞学的イベントを詳細に調査分析した。私たちの研究は、(i) 不可逆的な表層収縮、卵のサイズの増加、細胞内ATPの枯渇、細胞内ADP/ATP比の急激な増加、細胞分裂期特異的サイクリンB2の分解、及びMAPキナーゼの脱リン酸化が自然発生的過剰活性化から1時間以内に卵内で発生すること、(ii) 観察されたイベントはカスパーゼの活性化なしに進行すること、(iii) 機械的ストレスが減数分裂により停止したカエルの卵の過剰活性化を引き起こすことができること、(iv) 卵の過剰活性化がアフリカツメガエルの生殖管内で起こり得ること、(v) 過剰活性化された卵では細胞膜の正常機能が損なわれることを明らかにした。私たちの研究はまた、自然発生的および機械的ストレスによる過剰活性化の主要なイベントが、以前に論文報告した、酸化ストレスによる過程のイベントとおおむね同一であることを明らかにした。観察された生化学的および形態学的変化から、過剰活性化されたアフリカツメガエル卵がアポトーシスではなく、壊死（ネクローシス）によって死ぬことを示している。

論文タイトル	「Spontaneous overactivation of Xenopus frog eggs triggers necrotic cell death」 （アフリカツメガエル卵の自発的過剰活性化はネクローシス性細胞死を引き起こす）
掲載誌	国際学術誌 International Journal of Molecular Biosciences （Impact factor: 5.6）
掲載日	2024年5月13日（オンライン）
著者	著者（1 責任著者） 1 Alexander A. Tokmakov Ryuga Teranishi 1 Ken-ichi Sato
DOI	10.3390/ijms25105321

• トクマコフ・A・アレクサンデル（近畿大学先端技術総合研究所）
• 寺西 竜雅（京都産業大学 生命科学研究科）
• 佐藤 賢一（京都産業大学 生命科学研究科、同大学生命科学部 産業生命科学科）

※所属先は2024年3月31日現在

京都産業大学 総合生命科学部 生命システム学科（当時）の森近 雄大氏には、卵の過剰活性化モデルの初期設定実験に参加・協力いただいたこと、また神戸大学 バイオシグナル統合研究センターの岩崎 哲史博士との有意義な議論に、心から感謝します。

• 佐藤 賢一教授 
• 佐藤研究室