配偶子形成における細胞貪食の分子機構と意義の研究
Molecular mechanism and role of phagocytosis in gametogenesis
研究代表者

金沢大学大学院医学系研究科

生体防御応答学分野

講師

白土明子

Assistant Professor, Molecular and Cellular Biochemistry, Graduate School of Medical Science,
Kanazawa University, Akiko SHIRATSUCHI

和文アブストラクト
生体内での機能獲得の過程では、特定細胞がアポトーシスを起こし、このような細胞は食細胞により貪食排除される。本研究では、配偶子形成の場である精巣および卵巣で起こるアポトーシスと貪食反応が解析された。精子への分化途中で死んだ精子形成細胞はセルトリ細胞により貪食され、この反応は精子形成細胞表面のリン脂質ホスファチジルセリン(PS)とセルトリ細胞の膜受容体 SR‑BI との直接結合により担われると分かった。また、この反応は精子形成過程の進行に必須であり、貪食反応の生理学的意義が示された。
一方、卵巣では退行時の黄体組織内に、黄体細胞のアポトーシスとマクロファージ遊走因子の産生とが起こり、黄体マクロファージは黄体細胞を死細胞選択的に貪食した。これより、食細胞によるアポトーシス細胞貪食排除は、雌雄どちらの配偶子形成においても重要な役目を果たすと考えられる。

Abstract
During mammalian gametogenesis, portions of the differentiating cells ought to die by
apoptosis and are heterophagically eliminated by surrounding phagocytes. This study was done toclarify the molecular basis of this phenomenon occurring in both the testis and ovary of the rat, and theoutcome has been the followings.

In the testis, apoptotic spermatogenic cells are phagocytosed by

Sertoli cells through direct binding of phosphatidylserine exposed on the surface of apoptotic
spermatogenic cells to class B scavenger receptor type I of Sertoli cells. Inhibition of this phagocytosis
in the testes of live animals leads to a severe reduction in the level of sperm production. In regressing
corpora lutea within the ovary, the induction of apoptosis and the production of monocyte chemoattractant
protei-1 are induced simultaneously but in distinct populations of luteal cells. Apoptotic luteal cells arephagocytosed by luteal macrophages in a phosphatidylserine-mediated manner. These results support
the idea that macrophages, which infiltrate regressive corpora lutea thought the action of monocyte
chemoattractant protein-1, phagocytose apoptotic luteal cells.

1１．研究目的

SR‑BI は長い細胞外領域を有する 2 回膜貫生体の発生過程における機能獲得や恒常性通型タンパク質と予想され、また細胞外領域維持の過程では、特定の細胞が生理学的細胞に N‑結合型糖鎖を含む。ラットセルトリ細胞死であるアポトーシスで死に、周辺の食細胞より単離した SR‑BI cDNA を用い、細胞外領域により貪食されて排除される必要がある。配と予想される SR‑BI の様々な部分を、ヒトイ偶子形成の場である精巣および卵巣にも、こムノグロブリン Fc との融合タンパク質としのようなしくみが存在する。哺乳類の精子形て動物細胞に発現させて精製した。PS をプラ成過程では、大多数の精子形成細胞が精子へスチック表面に固定し、試料タンパク質を加の分化途中で死に、精巣セルトリ細胞に貪食えて一定時間放置してから洗浄し、抗 Fc 抗体される。一方、卵巣における黄体退行の過程を用いた酵素抗体法により、結合した Fc 融合

では、アポトーシスを起こした黄体細胞が組タンパク質を呈色反応により検出して数値化

織外から集まってきたマクロファージに貪食してタンパク質とリン脂質との結合程度を比排除されることで、排卵周期が制御されると較した。解析の結果、SR‑BI の細胞外領域は、考えられている。本研究では、これらの知見

PS と結合することが判明し、これは貪食誘導に基づき、精巣および卵巣で生じたアポトー性 PS 受容体と PS との結合を示す初めての例

シス細胞の貪食機構を分子レベルで明らかにとなった。PS 以外の代表的細胞膜リン脂質ですることを目的とした。

ある、ホスファチジルコリン、ホスファチジ
ルエタノールアミン、そしてホスファチジル

２．研究経過イノシトールへはこのタンパク質はほとんど２．１結合しなかったことから、結合はリン脂質の精巣セルトリ細胞による精子形成細胞貪食の分子機構種類特異性を有していた。また、この様な PS

筆者らのこれまでの研究により、セルトリ結合能は、SR‑BI の細胞外領域のうち約 160

細胞は、クラス B スカベンジャー受容体タイアミノ酸残基からなる領域により担われるこプ I (SR‑BI)を使ってアポトーシス精子形成と、カルシウムイオンの共存または N‑結合型細胞表層に出現したリン脂質ホスファチジル糖鎖の除去で促進されることが分かった。

セリン(PS)を認識して、アポトーシス精子形２．１．２成細胞を選択的に貪食することが示されてい精子形成過程における貪食反応の意味

SR‑BI を介した貪食反応解析とる。そこで本研究では、まず、SR‑BI と PS と通常の精巣組織中では、アポトーシス精子の直接結合を検証した。次に、SR‑BI を介し形成細胞はほとんど検出されない。これはセたアポトーシス細胞貪食反応が生体内で起きルトリ細胞により死細胞が速やかに貪食されているかどうかを調べ、さらにこの反応の生て分解されるためであると考えられている。

理学的意義の解明を目指した。

そこで、貪食阻害時の精巣組織を解析して、２．１．１

SR‑BI を介した貪食反応が生体内でも起きてSR‑BI による PS の認識機構2いるかどうかを検証した。抗 SR‑BI 抗体を生体マクロファージによるアポトーシス黄体細きたラットの精巣精細管内に微量注入して飼胞の貪食反応解析とを目指した。

育後、精巣を取りだして組織化学的にアポト２．２．１ーシス細胞を検出したところ、精細管内に検ロファージ遊走因子の産生出されるアポトーシス精子形成細胞数が顕著

黄体細胞のアポトーシスとマク

ラット黄体組織中のアポトーシス黄体細胞、に増加したが、陰性コントロール抗体やバッ

マ ク ロ フ ァ ー ジ 、 そ し て monocyte

ファーのみの注入ではこのような変化は認め

chemoattractant prortein‑1 (MCP‑1) 産生細られなかった。この結果は、特異抗体により胞について、性周期に伴うそれぞれの変化を貪食反応が阻害されたために、アポトーシス組織化学的方法により解析した。その結果、精子形成細胞が検出るようになったと解釈さ

アポトーシス黄体細胞の多い黄体組織では、れる。一方、抗がん剤処理により精子形成細MCP‑1 発現細胞数が多いこと、非アポトーシ胞を一過性に死滅させたマウス精巣は、精子ス黄体細胞が MCP‑1 を産生することが判明し形成能回復のよいモデルとな る。この様なマた。さらに、初代培養細胞系を用いた解析かウス精細管内で微量注入法により貪食反応をら、アポトーシスと MCP‑1 発現とは、どちら阻害すると、精子形成能回復の遅延と産生さも酸化ストレスにより、しかし別々の黄体細れる精子数減少とが認められた。以上より、胞に誘導されることが分かった。

SR‑BI を介した反応が生体内でも起きている

２．２．２

ことが示され、また、アポトーシス精子形成

トーシス黄体細胞の貪食細胞の貪食排除が精子形成過程進行に必須で黄体マクロファージによるアポ初代培養したラット黄体細胞を抗がん剤ドあると考えられた。

キソルビシン存在下で培養すると、アポトーシスによる細胞死が検出された。この様な細２．２

退縮時黄体におけるマクロファージ胞を、別に調製した黄体組織中のマクロファ遊走と黄体マクロファージによるアポトーシージと混ぜて培養すると、マクロファージ内

ス黄体細胞の貪食に取り込まれた黄体細胞が検出された。これ

哺乳類卵巣では、排卵を終えた卵胞は黄体より、黄体組織中のマクロファージはアポトへと変化して妊娠維持に必要なホルモンを産ーシス黄体細胞を貪食することが明らかにな生する。妊娠不成立時には、黄体細胞はアポった。

トーシスを起こし、このような細胞は組織外から浸潤してきたマクロファージに貪食排除

３．研究成果されることで、黄体が不必要なホルモンを産SR‑BI は、PS と直接結合することで、セル生しないよう制御されると考えられている。

トリ細胞の貪食反応を誘起することが判明し本研究では、マクロファージがアポトーシスた。また、セルトリ細胞による精子形成細胞細胞の近くに集まってくる機構の解明と、黄の貪食排除は、精子形成過程の進行に必須で3あることが示された。一方、黄体組織では酸and Yoshinobu, Y. J. Biol. Chem. 2002, 277:
27559-27566

化ストレスにより黄体細胞のアポトーシスと3 Independence of plasma membrane blebbing
マクロファージ遊走因子産生とが誘導され、from

これらは別々の細胞に起こると分かった。まcharacteristics of apoptotic cells. Shiratsuchi,

otherbiochemicalandbiologicalA., Mori, T., and Nakanishi, Y. J. Biochem.

た、黄体マクロファージは、実際にアポトー

2002, 132: 381-386
シス黄体細胞を死細胞選択的に貪食する能力

4 Determinactino of cell type specificity andを有することが判明した。

estrouscycle

dependencyofmonocytechemoattractant

protein-1

expressionincorpora lutea of normally cycling rats in
４．今後の課題と発展

relation

セルトリ細胞の貪食反応機構に関しては、

toapoptotsis

andmonocyte/macrophage accumulation. Nagaosa,K., Shiratsuchi, A., Nakanishi, Y. Biol. Reprod.

今後は PS 結合後に起こる SR‑BI からの貪食誘

2002, 67: 1502-1508
導の細胞内情報伝達経路、および貪食反応後5 A presumed human nuclear autoantigen thatの精子形成過程進行の分子機構の解明が次のtranslocates to plasma membrane blebs duringapooptosis.

課題である。黄体マクロファージによる貪食

Shiratsuchi,A.,Mori,T.,

Takahashi, Y., Sakai, K., Nakanishi, Y. J.
機構を理解するためには、マクロファージ遊

Biochem. 2003, 133: 211-218
6 不要細胞の食細胞による貪食排除の分子機走因子の産生誘導機構、そして特異的認識を構と生理学的意義、中西義信、白土明子規定する分子の同定が必須である。

生化学

2003（印刷中）

7 Concomitant induction of apoptosis and５．発表論文リスト

expression

8 Accelerated degradation of engulfed apoptotic

tubules: possible etiology of phagocytic

cells

clearance of apoptotic spermatogenic cells andin

Toll-likereceptor

4-deficientmacrophages.（投稿中）

male infertility. Maeda, Y., Shiratsuchi, A.,

9 Expression and function of class B scavenger

Namiki, M., and Nakanishi, Y. Cell Death

receptor type I on both apical and basolateral

Differ. 2002, 9: 742-749

sides of the plasma membrane of polalized

2 Phosphatidylserine binding of class B scavenger

testicular Sertoli cells of the rat.（投稿準備

receptor type I, a phagocytosis receptor ofcells.

chemoattractant

factor-kB and oxidative stress.（投稿中）

annexin V microinjected into seminiferous

Sertolimonocyte

protein-1 in cultured rat luteal cells by nuclear

1 Inhibition of sperm production in mice bytesticularofKawasaki,中）Y.,Nakagawa, A., Nagaosa, K., Shiratsuchi, A.,

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