Axoneme

Axoneme Growth

軸索は、最初は円形精子のゴルジ領域の近くにある一対の中心核の一方から発生します。 軸索の成長は、細胞質の再編成によって先体部が精子子の細胞膜に接触する前に、円形精子において開始される。 軸索は、精子の極で起こっている細胞質再編成を経て、複雑な “関節 “を介して先体とは反対側の核の極に留まる。 この構造は連結部と呼ばれ、中空の円錐形に似ており、その底面は核の尾極に連結している。 円錐の側面は、尾部の細胞骨格要素である9個のODFと連続する9本の横縞の柱で構成されている。 頸部の中心部では、遠位中心核の残骸が尾部を精子頭部に固定し、尾部の軸糸（微小管の9＋2配列）を生じさせる。

2本の中央の単極微小管と9本の末梢の複極微小管からなる中核的な軸索は、藻類からヒトまでの繊毛や鞭毛に保存されている。 運動性に不可欠な主要成分をコードする遺伝子が明らかにされており、これらの遺伝子の変異は、毛様体ジスキネジアとして知られる不妊や呼吸機能障害の明確な遺伝的基盤を構成している。161,164 その他、男性不妊のマイナーだが重要な原因となっている可能性もある。165

首、ODF、FSを構成するいくつかの遺伝子とそのコード化されたタンパク質が同定されている。166,167-169 ODFの正確な機能は不明だが、その弾性特性と引張強度は正常な鞭毛運動の不可欠の構成要素となる可能性がある。 これらのタンパク質をコードする遺伝子の発現は、初期の円形精子で起こり、先体期でピークレベルに達する。 ODFタンパク質のいくつかは、軸糸に沿って近位から遠位へと集合する前に、精子細胞質内の顆粒体に貯蔵されるようである。166,167 ヒト精子形成において、これらのタンパク質は、主要部分の肋骨状成分のテンプレートを形成する微小管フレームワークに結合するようである135。 抗ODF-27抗体と抗ODF-84抗体を用いた免疫学的標識研究では、尾の首への局在が示されたため、分節柱と基底板には鞭毛と同様の細胞骨格型タンパク質が含まれていることが確認された167,168

主要成分はAキナーゼ固定タンパク質3および4で、最近の研究では精子タンパク質ROPN1とROPN1Lは外密線維の発達と機能に関連していた。 170

免疫細胞化学は、FSタンパク質が軸糸に沿って遠位から近位に集合し、最終的に軸糸周囲の細胞質区画内でODF集合と出会い重なり合うことを示している166。

軸糸は丸い精子のゴルジ体の近くにある一対の中心核のうちの一つから発生する。 軸糸の成長は、細胞質の再編成によって中心核が精子の核や細胞膜に接触する前に、円形精子において開始される。 このことは、細胞膜に結合した後に鞭毛の成長を開始する一次繊毛の発達とは対照的であるように思われる。171 精子軸糸の発達の詳細については、さらなる研究が必要である。 新生軸糸は、細胞質の再編成が行われることによって、複雑な「関節」、つまり先に述べた連結部分を通して、先体とは反対側の核の極に留まる（図136-8参照）。

アクソンメの発生は精子頭部の伸長と凝縮と並行して進行し、鞭毛内輸送（IFT）と呼ばれるプロセスが関与すると考えられている。172 繰り返すが、一次繊毛での研究が最も進んでいる一方で、IFT遺伝子のコアに変異を持つマウスはしばしば/通常不妊となり、機能の保存が示唆されている173。

首から伸びているのが中軸（ヒト精子では約5μmの長さ）で、9つのODFに囲まれた軸索と最後にミトコンドリア鞘からなる。 ODF-27とODF-84抗体を用いた免疫学的標識研究により、尾部の頸部に局在することが示され、分節柱と基底板に鞭毛と同様の細胞骨格型タンパク質が存在することが確認されている167, 168。 この環状構造はセプチンを含むリング状の構造であり、タンパク質の拡散のバリアとして機能する174。 この領域では、軸糸の各微小管ダブレットの外側に、改良型ODFsが存在する。 しかし、ODF-3とODF-8は、FSの縦列に置き換わっている。 これらの柱は、順に主駒の横方向のリブによって接続されている。 ODFとFSを合わせると、精子尾部の長さに沿って細くなり、エンドピースとの接合部で終端となる。 ODFと繊維鞘の機能はまだ正確に定義されていないが、少なくとも精子尾の動きに構造的剛性を与え、剪断力から保護し177、繊維鞘の場合は、軸索機能のためのATP産生の代替プラットフォームとして機能している178。 精子が繊維鞘での解糖とミトコンドリアによる酸化的リン酸化によって生成されるATPに依存していることは、数多くの研究により、種によって大きく異なることが示されている181。 興味深いことに、ODFは軸索と同様に近位から遠位に向かって発達するが、FSは成長する精子尾部の先端から連結部に向かって発達することから、少なくともタンパク質輸送機構が精子尾部の形成に関与していると考えられる。 このプロセスはマンシェット内輸送と呼ばれており、151,182マンシェット微小管形成の欠陥によって証明されるように、このプロセスの欠陥は精子尾部の異常発達をもたらす傾向がある151,183

成熟精子の細胞質にはほとんど未特定のオルガネラが多く含まれている136クロマトイド体は、最近男性の生殖機能の主要決定因子として確立した。 クロマトイド体は、精子において、単一の、葉状、核周囲の顆粒として現れ、移動して接続部分の周囲にいくつかの顆粒体を生じさせ、最終的には環状体のすぐ遠位にある発達中の精子尾部の周囲に環を形成する核形成体の一種である184。データは、クロマトイド体が、ハプロイドゲノムから転写されたマイクロRNAの貯蔵と処理に関わり、キネシンモータータンパク質KIF17bを介して移動してRNA代謝と関係するという見解を裏付けるものである185。 186-188

精子形成の終盤、精子は精子化というプロセスを経て、最終的には支持するセルトリ細胞から離脱する。 189 精子形成は、ラットとマウスでは精細周期VII期の初めに、ヒトではII期に始まり、その時点で伸長した精子は精細管の内腔に沿って整列している。 精子形成の臨界期は、（1）精子頭部をセルトリ細胞に固定するために設置された外形質の特殊化の除去、（2）生殖細胞の固定と生殖細胞の細胞質の除去の両方に役割を果たすとされる尿細管複合体の発達と最終的溶解、（3）余剰生殖細胞オルガネラと細胞質を含む残留体の形成、（4）精巣が精細管上皮から完全に離脱すること、に分けられる。 これらの各ステップは、それ自体、多数の細胞間接着分子の確立と除去、膜の修飾、および大量の細胞質の除去を伴う非常に複雑なものである。 したがって、驚くにはあたらないが、このプロセスは、ヒトでも動物モデルでも、しばしば障害される。 例えば、精子形成は、齧歯類とヒトの両方において、FSHとアンドロゲン除去に対して最も敏感な側面であるように見える。190-193 精子形成は、環境毒物への曝露とマウスにおける遺伝子切除の結果として、しばしば破壊される189

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