Gap Junction Membrane Channel Proteins and Connexins
コネキシンは少なくとも15種類のタンパク質からなるファミリーで、ギャップジャンクションの細胞間膜チャネルを形成し、イオン、代謝物、潜在的シグナル伝達物質の拡散的移動を可能にします。 これらの構造分子は、卵母細胞と顆粒膜細胞の間の双方向のコミュニケーションに重要な役割を担っている。 いくつかのコネキシンは卵胞形成に重要であることが示されている。 コネキシン37タンパク質は、初生および成長期の卵胞で発現している。 コネキシン37（Gja4）ノックアウトは2週齢で多くの発育中の前腹側卵胞を含んでいるが、大きなグラファイト卵胞は観察されない(233)。 従って、組織学的に、Cx37の欠損は前中期から前期の卵胞の発達を阻害していると思われる。 電子顕微鏡による研究では、Cx37ノックアウトはアドヘレンスジャンクションを持つが、野生型卵巣に存在するギャップジャンクションを持たないことが示された。 グラファイト卵胞の欠如にもかかわらず、ヌル卵巣は黄体のような小さな構造を示し、その数は5-10倍であった。 ヌル動物で観察された早期の黄体形成は、接合部のコミュニケーションが黄体の形成を制御する主要なメカニズムである可能性を示唆している。 コネキシン37ノックアウト個体は、平均卵子サイズが小さかった。 Cx37+/-マウスの卵子は52.8%が減数分裂を再開し、そのうち26.8%が減数第一分裂中期、26%が減数第二分裂中期まで進行したが、Cx37-/-の卵子ではわずか2.2%が減数分裂を再開し、大半（86.3%）が胚珠期であった。 これらの観察から、コネキシン37は前腹側卵胞から前腹側卵胞への移行時に必須であり、この移行に必要な代謝物の輸送に関与している可能性が高いことが明らかになりました。 コネキシン43のギャップ結合は、卵母細胞を取り囲む顆粒膜細胞や、卵母細胞と顆粒膜細胞を相互接続している。 コネキシン43（Gja1）ノックアウトは心血管系不全により出生時に死亡する(234)。 出生時に採取されたヌルマウスの卵巣は、明らかに生殖細胞の欠乏に起因して異常に小さくなっている(235)。 生殖細胞の欠損は妊娠11.5日目までさかのぼることができ、生殖細胞発生の初期に生じることが示唆された。 Gja1-/-マウスの出生後の卵胞形成を研究するために、胎児および新生児の卵巣が、卵巣摘出および免疫不全のprkdcscid/Prkdcscidマウスの右腎臓カプセルに移植された(236)。 移植片は1〜3週間後に除去され、卵巣の組織学的検査が行われた。 腎臓移植片の発育3週間後、野生型卵巣では原始から一次、二次、三次までの様々な卵胞段階を確認することができた。 一方、Gja1欠損卵巣は、一次卵胞を越えて進行することはなかった。 1週間、2週間、3週間後の移植片を調べたところ、突然変異体の顆粒膜細胞は増殖できないことがわかった。 卵子の成長も野生型動物に比べ遅かった。 Gja1変異体から回収した卵子は、受精できなかった。
コネキシン43はゴナドトロピンであるFSHとLHによって制御されているようです。 Cx43は小さな前駆卵胞や前アントラル卵胞に比べて大きな前駆卵胞でより多く存在するため、FSHがCx43合成を誘導しているという仮説がある。 対照的に、LH の排卵前サージは Cx43 をコードする mRNA のレベルを低下させます (237,238)。 さらに、ゴナドトロピンの外来投与による実験からも裏付けが得られた。 虫垂切除したラットにFSHを注射すると卵巣のギャップ結合膜が増加し、一方、排卵を誘発するhCGは顆粒膜細胞のギャップ結合の量を著しく減少させた (239,240) 。 FSHとLHをin vitroで顆粒膜細胞株に投与したところ、in vivoでの観察結果を裏付ける結果となった(241,242)。 ゴナドトロピンのCx43に対する作用は、ステロイドホルモンを介して行われることが示唆されている(243)。 他のシグナル伝達経路もCx43を制御する可能性があり、最近in vitroでCx43プロモーターを制御することが示されたBMP/Smad経路やMAPK-Ras経路などがある(244,245)。
これらの結果は、Cx43チャンネルによるギャップ結合が生殖細胞の発生と出生後の卵胞形成の両方で不可欠な役割を果たすということを示唆している。 Cx37とCx43のノックアウトにより得られた卵巣の表現型が大きく異なることから、卵子とその卵丘顆粒膜細胞間のギャップジャンクション結合は、顆粒膜細胞自体の間の結合とは異なる役割を果たし、おそらく異なる分子が関与していることが示唆された。 同じく卵巣に発現しているコネキシン32をノックアウトしても生殖能力に影響はないようであり（246）、これらはまだ同定されていない冗長なギャップジャンクション成分であることを示唆している。
その他の細胞結合も、蟻道形成と顆粒膜細胞-卵母細胞相互作用に重要であると考えられる。 顆粒膜細胞と卵母細胞の間の細胞間コミュニケーションの一部は、卵母細胞と顆粒膜細胞の間の経帯状突起（TZP）によって媒介されていると考えられている（41）。 特に微小管-TZP（MT-TZP）はこのコミュニケーションに関与しているようである（41）。 卵母細胞と顆粒膜細胞の間のMT-TZP結合は、FSHの制御下にあると仮定されている(247)。 野生型およびFsh-/-のFSHプライミングは、TZPが卵母細胞から引き込まれるようにMT-TZPに変化をもたらす(247)。 この結果、クロマチンリモデリングと減数分裂の能力獲得によって測定される卵子発達に変化が生じる(247)。 これらの実験から、FSHのプライミングがなければ、顆粒膜細胞は卵母細胞との安定した相互作用を持ち、因子のパラクライン交換を可能にするという仮説を立てることができる。 MT-TZPが引き込まれると、卵子の発育が促進される。 GDF9やBMP15などの卵母細胞特異的な因子や、その他の未知の卵母細胞因子もTZPの形成や関係を調節しているのかどうかは、まだ解明されていない。