受精卵の染色体分配異常が必ずしも出生に影響しないことを発見
近畿大学生物理工学部（和歌山県紀の川市）遺伝子工学科 准教授 山縣 一夫と、浅田レディースクリニック（愛知県名古屋市）、扶桑薬品工業（大阪府大阪市）らの研究グループは、細胞内を生きたまま連続観察する「ライブセルイメージング※1」によりマウス受精卵の染色体分配※2 の観察を行い、その受精卵を移植することで、受精直後の染色体異常が出生に与える影響を調べました。その結果、染色体分配異常を起こした半数以上の受精卵は胚盤胞期※3 までに発生を停止したものの、胚盤胞期まで発生が進行した受精卵からは子が得られることがわかりました（右図）。興味深いことに、受精卵のはじめての分裂で染色体分配異常を起こした受精卵からでさえも子が得られました。また、詳細なDNA解析の結果から、胚盤胞までの発生過程において染色体数が異常な細胞が除去されるメカニズムが働くことが考えられました。本研究は、不妊治療において8細胞-胚盤胞前後にまで発生が進んだ段階で胚の一部の細胞を回収して染色体数を診断する「着床前診断※4」では産子を予測するのには不十分であることを示唆すると同時に、胚盤胞期まで受精卵を生育して移植することの重要性を改めて示しています。
【本件のポイント】
●不妊患者の受精卵では、70%以上が染色体の異常が見られることがわかっており、それが発生停止や流産の主原因と考えられている。
●マウス受精卵の染色体の動きを生きたまま顕微鏡で観察しその後移植することで染色体分配異常と出生の関係を調べたところ、初期の分裂で異常が見られた胚からも胚盤胞期に到達した受精卵は子になりうることを発見した。
●本成果は、今後ヒトの不妊治療において子につながる受精卵を選ぶための新たな判断基準を与えることが期待される。
【本件の内容】
受精卵が染色体分配に失敗すると、染色体数の異常を引き起こし、不妊につながると考えられています。ヒト受精卵のおよそ7割は染色体が異常な細胞と正常な細胞が混じった、モザイク状態であることが知られています。異常な細胞がどれだけ含まれているのかを間接的に知るために、受精卵から細胞を一部回収し、すりつぶしたうえで染色体を調べる方法がとられていますが、回収した細胞がどれだけ全体を反映しているのか不明であり、染色体分配の異常と発生および出生の関係を直接評価することはできませんでした。本研究ではマウス受精卵を用いて、ライブセルイメージングにより受精直後の染色体分配を胚全体で連続的に4日間直接観察し、その後移植することで染色体分配異常が生じたタイミングや染色体分配異常の程度によってその後の発生や出生に違いが生じるのか調べました。
【研究成果】
マウス受精卵に染色体を赤色に染める蛍光プローブを顕微鏡下で注入し、超高感度カメラを搭載したスピニングディスク式共焦点レーザー顕微鏡（CV1000、横河電機）で、受精から4日目までライブセルイメージングをおこないました。その後胚盤胞期胚となったものを移植することで子として産まれるかどうかを調べました（添付ファイル図1参照）。撮影した動画をさかのぼって解析したところ、受精した直後から8細胞期までに染色体分配に異常がみられた受精卵の半数（31/66）は胚盤胞期まで到達せず、一方で、正常な分配を示した受精卵ではほぼすべて（55/57）が胚盤胞期に到達することがわかりました。
次に、産子に至った胚とそうでない胚の動画をさかのぼって、胚盤胞期まで到達した受精卵の移植結果を初期の染色体分配と紐づけて調べたところ、異常を起こした受精卵からも正常であった受精卵からも同等の割合で子が得られることがわかりました。受精後はじめての細胞分裂の時に染色体分配に失敗し、その細胞が増えていけば50%～100%の細胞が異常を示すはずですが、驚くべきことに、そのような受精卵からも胚盤胞まで生育させて移植することで子が得られることがわかりました（添付ファイル図2参照）。次世代シーケンサーを用いて、はじめての染色体分配に失敗した胚盤胞のすべての細胞の染色体を調べてみると、50%の細胞に異常がみられる受精卵、15%の細胞に異常がみられる受精卵が観察されました。予想されるよりも異常な細胞の割合が小さい受精卵の存在は、胚盤胞までの発生過程において染色体数が異常な細胞が除去されるメカニズムが働くことを示唆しています。
【今後の展開】
本研究により、マウスにおいては受精直後に染色体分配に異常を起こしながらも胚盤胞期まで到達した受精卵からは子が得られることがわかりました。一方で、受精直後の染色体分配異常は胚盤胞期までの発生に大きく影響することがわかりました。本結果より、現在不妊治療現場で検討され始めている着床前胚の染色体検査において、生育した受精卵から細胞を一部回収し、すりつぶしたうえで染色体を調べる方法は、その後の産子の可否を予測するには不十分であることが推測されました。また、既報のように受精卵の細胞数を減らしてしまうためにかえって妊娠率の低下を起こす可能性も考えられます。本研究において、染色体分配異常を示さなかった受精卵は、胚盤胞期になったときに異常な細胞を含まなかったことから、染色体分配を観察することの有用性を示唆しています。今後、本研究で明らかになった、染色体分配と胚発生の関係をもとにした全く新しい、細胞の回収を必要としない染色体検査が開発されることが期待されます。
【論文掲載】
論文名：Chromosome segregation error during early cleavage in mouse pre-implantation embryo does not necessarily cause developmental failure after blastocyst stage
掲載誌：Scientific Reports（Impact Factor：4.011）
自然科学・臨床科学分野を対象としたイギリスの国際電子ジャーナル
著 者：Daisuke Mashiko,Zenki Ikeda,Tatsuma Yao,Mikiko Tokoro,
Noritaka Fukunaga,Yoshimasa Asada,Kazuo Yamagata
責任著者=山縣 一夫（近畿大学）
用語説明：
※1 ライブセルイメージング技術
蛍光タンパク質などを用いて、細胞内におけるタンパク質や構造を生きたまま連続的（タイムラプス）に観察する手法。
※2 染色体分配
細胞分裂の際にDNAは染色体と呼ばれるいくつかの塊に凝集し、それらが同じ数ずつ娘細胞に分配される（添付ファイル「染色体分配、胚盤胞期」参照）。その過程を染色体分配と呼ぶ。ヒトでは46本、マウスでは40本の染色体が存在する。
※3 胚盤胞期
添付ファイル「染色体分配、胚盤胞期」参照。胚盤胞期では体のもとになる細胞と、胎盤のもとになる細胞への分化がはじまる。マウスでは受精から4日目ほどでこの状態になる。
※4 着床前診断
受精卵が8細胞-胚盤胞前後にまで発生が進んだ段階で一部の細胞を取り出し、その遺伝子や染色体を解析して診断すること。胚移植後の着床率を上げたり、染色体異常を原因とする流産の回避が可能であるとされ、世界的には着床前胚染色体異数性検査は一般的な不妊、不育の治療の一環として実施されはじめている。
【関連リンク】
生物理工学部 遺伝子工学科 准教授 山縣 一夫（ヤマガタ カズオ）
https://www.kindai.ac.jp/meikan/1365-yamagata-kazuo.html
