哺乳類の精子は、頭部と鞭毛という2つの形態的・機能的部分があり、それぞれが特別な仕事に最適化されていることが特徴である。 この2つのユニットは、精子形成の細胞形態形成期（精子形成期）において形成され、組み立てられる。 鞭毛は、射精された精子を受精のために卵の場所に送り込む「力」を提供するモーターモジュールである一方、頭部は、卵のオープラズムに飲み込まれると接合子の形成と2倍体の状態の回復をもたらす父性ゲノムの正確な半分を包んでいる。 そのためには、精子は卵子の保護壁である卵丘細胞層と透明帯を通過しなければならない。 このとき、受精に不可欠とされる先体反応の重要性が指摘されている1。先体反応なしの精子は、実際には不妊である2。 初期のネズミの研究では、受精精子がARを開始する部位は卵丘にあると報告されていたが3、その後の無卵丘での研究により、哺乳類のARの生理的誘導因子はZPであることが長年にわたって確立されてきた4,5。 しかし最近、Jinら6 は、卵丘に包埋されたマウス卵子と蛍光タグを付けたトランスジェニック精子を用いた体外受精の手法を用いて、精子が自然条件下で卵丘内でARを起こすことを明らかにした。 7
先端体の性質に関する研究についても、ある種の並行した運命が存在するのではないかと思われる。 しかし、最近の実験結果11を見ると、「先体＝ゴルジ体由来オルガネラ」という概念の見直しが必要であることがわかる。 Berrutiら12は、当初の提案に沿って、先体部を新しいリソゾーム関連オルガネラ（LRO）として提案している。 LRO は、メラノソーム、溶血性顆粒、血小板密集体、エクソソーム、シナプトソームなど、特定の特殊な細胞種に限定される膜封入型オルガネラのファミリーである13, 14。LRO には、小胞の融合と輸送に重要な小 GTPase、すなわち多くの Rab ファミリータンパク質が関与することからわかるように、機能的かつ動的な成熟段階がある13, 14。-特に、LRO の生合成は、異なるエンドソームコンパートメント間でのタンパク質と小胞の動的な流れによって特徴付けられる。初期エンドソーム (EE) のハブにおいて、エンドサイトーシス経路は、トランスゴルジネットワーク (TGN) を通じて、小胞体 (ER) からエンドソームシステムへ新たに合成されたタンパク質を選別するエキソサイト経路と接続する14。 一方、LRO 生成における小胞輸送系は、様々な種類の細胞で非常に共通しているが、小胞が運ぶタンパク質カーゴ/es は、与えられたカーゴの組織または細胞特異的発現により、大きく異なる可能性がある。 Huらは、LROプロテオームの正確なプロファイリングを行った。 これらのタンパク質は生合成経路（前向輸送）をたどり、おそらくトランスゴルジネットワーク（TGN）の後、プロアクロソーム顆粒と呼ばれる電子密度の高いコア小胞に詰め込まれている。16 KIFC1などのモータータンパク質17 やRab 27aなどのRabファミリーメンバー18 がゴルジ体から先体への小胞輸送に機能することが報告されている；（b）先体形成は4つのフェーズに分類される。 ゴルジ体、キャップ体、先体、成熟体である。 キャップ期後期には、精子のゴルジ体が細胞の反対側に移動し、ゴルジ体生合成経路を介した先体への糖タンパク質の輸送が終了する10,16。 しかし，ゴルジ体外の経路は，成長中の先体細胞の肥大と成熟に寄与していることが報告されている19,20 (c) TGNは，生合成経路からのタンパク質／膜輸送と，エンドサイトーシス区画からの逆行輸送によるタンパク質荷物の受け入れに関与し，細胞内の主要交通ハブの一つである．21 (d) 最近の証拠によると、エンドサイトマシーナリーの構成要素が先体形成に関与しており、WestとWillison20の初期の提案、すなわち先体形成と同時にゴルジ体からと細胞膜からの少なくとも二つの小胞輸送源が存在することを示す実験的裏付けとなっている。 発見された成分のうち、以下のものがある。 EEA1 (early endosome antigen 1)陽性エンドソーム上に局在するAfaf (Acrosome formation associated factor) 22、クラスリンを介した受容体エンドサイトーシスに機能する小胞体タンパク質SH3P13が発見されている。23 SPE-39：もともと精子形成細胞で同定されたリソソーム配送の制御因子24 UBPy：もともとエンドサイトーシス輸送タンパク質Hbp26とRas交換因子RasGRF1との相互作用タンパク質として同定された脱ユビキチン化酵素25。27
マウスのUBPyは、現在正式にはUsp8（ユビキチン特異的プロテアーゼ8）と呼ばれ、ユビキチン化酵素のUBPファミリーの典型的な特徴を持つ脱ユビキチナーゼとして分子的に同定された27。 従来、脱ユビキチナーゼは、タンパク質から結合したユビキチンの除去とプロセシングを促進し、タンパク質のターンオーバーと分解の両レベルで制御的な役割を担っていると言われています。 また、UBPy/Usp8は、細胞へのトランスフェクション技術により、エンドソームの仕分けや小胞の形態形成の重要な制御因子であることが明らかにされています28。-(1) UBPyは精子Hbp/STAM2と相互作用し、単独で結合パートナーHrsと相互作用して精子ESCRT-0複合体を形成する。 ESCRT-0 (Endosomal Sorting Complex Required for Transport-0) は、エンドソームソーティングに最初に方向性を与え、EE (early endosome) に動員される複合体である；②UBPy/Hbp/Hrs標識小胞は、形成中の先体へと発達し、EEA1陽性となる；③EEからの逆行輸送で働く小胞タンパク質Vps54は先体形成に関わる 31,32 。 (UBPyは、MIT (microtubule interacting and trafficking/transport)ドメインを介して精子の微小管と直接結合することから、移動したエンドサイトベシクルと微小管の結合を媒介すると考えられる。先体形成は、LRO-バイオジェネシスと同様に微小管依存性の過程であると考えられる。14,16 これらの知見は、他の最近の研究（EHD1に関する研究33を参照）と相まって、エンドサイトーシス経路も先体生育に重要な役割を果たすという証拠を強く裏付けている。 さらに、ごく最近、Vps54(L967Q)変異体を発現するマウス精子は、UBPyとVps54(L967Q)でラベルした小胞が先体へと成長することができず、先体形成を行わないことが明らかになった34。点変異Vps54(L967Q)は、運動ニューロン疾患と精子形成障害を特徴とするウォブラーマウスの表現型35に関与している。 34 なぜウォブラーマウスのVps54変異が運動ニューロンや精子に影響を与えるのかはまだ分かっていない。 これまでVps54は、Vps51、Vps52、Vps53とともにゴルジ体関連レトログレードタンパク質（GARP）複合体を形成する酵母で研究されてきた31、32。 10 年前に酵母 Saccharomices cerevisiae で GARP 複合体が発見された後、その研究は小康状態を保っていたが、最近になって高等真核生物における正相複合体の特徴付けが行われ、関心が復活している36。 しかし、酵母には LRO が存在しない。これは将来の研究の方向性を示すための推測に過ぎないが、特定の LRO が存在する特殊な細胞型では、Vps54 が細胞固有の活性化因子/エフェクターを介してリクルートされ、EE タンパク質のカーゴを LRO に結合するのかも知れない。 図1は、先体形成の簡略化した模式図である。 Vps54(L967Q)変異を持つウォブラーマウスは、先体形成不全を研究する上で有用なツールとなり得る13,14。 先体形成に向かうゴルジ体由来の生合成荷はTGNのレベルで選別される。 ここで、いくつかのタンパク質カーゴは電子密度の高いプロアクロソームグラニュール（PG）に直接またはEE（緑の破線矢印）を経由して充填され、いくつかの膜カーゴは細胞膜（緑の破線矢印）に仕分けされる。 この膜荷物は、クロストーク・エンド細胞制御因子／極性タンパク質を介してEEに集められ、発達中のプロアクロソーム（PA）の正しい膜ドメインに運命付けられる（黄色の矢印）。 ユビキチンシグネチャー（赤色コート）が細胞膜に付着すると、UBPy/ESCRT-0複合体によって選択的に認識され、EEに運ばれる（黄色の矢印）。 エンドサイトーシスされた小胞タンパク質/膜カーゴは、先体（黄色矢印）に向かってEEからVps54によってつなぎとめられ、PAは成長するだけでなく、平らになって特徴的な形状を獲得し、先体へと発達する（A）。 しかし、EEのタンパク質の一部は、多胞体（MVB）に送られ、リソソームには進化せず、細胞質体に捨てられると仮定されている
最後に、さらなる、重要であり得る研究の方向性について注意を促したい。 精子は高度に偏光した細胞である。精子は明確な偏光した細胞膜ドメインだけでなく、細胞の前極にある先体や後極にある鞭毛などの細胞小器官の強い偏光を達成する。 このような極性の確立は、本解説の冒頭で述べたように、精子の機能にとって不可欠である。 現在では、エンドサイトーシスが、極性膜ドメインの確立／維持だけでなく、主要な極性タンパク質の適切な細胞内局在化においても重要な役割を果たすことが、蓄積された証拠によって明らかになっている37。EEからのエンドサイトカーゴのソーティングを制御するESCRT装置のコンポーネントが、上皮極性に必要であり、逆に、ESCRTソーティングのダウンストリームで働くタンパク質が必要ないことが、知られている37。 同時に、いくつかの極性タンパク質は、エンドサイトマシーナリーを制御することもできる。37 したがって、これは言い換えれば、極性タンパク質とエンドサイトレギュレーターの間の相互制御に関する新しい概念である。 精子特異的および従来の前行程／逆行程輸送小胞／小器官の間で、先体常駐タンパク質はどのように選別されるのだろうか？ 先体形成過程における「エンドサイトーシス-極性-タンパク質選別シグナル」の関係の可能性を研究することは、新規かつ興味深い意義があるかもしれない。 最後に、もう一つの未解決の問題は、特にUBPyが精子微小管と相互作用することができるという発見に照らして、荷物の選別が先体形成中の小胞運動とどのように結合しているのかということである12。 最近の研究により、構造的、機能的に関連する AP-1, AP-2, AP-3, AP-4 複合体の特定のメンバーが、キネシン KIF13A、細胞質ダイニン、ミオシン Va などのモータータンパク質とともに、エンドソームのソーティングとポジショニングを協調的に制御し、LRO 生 成を促進することが明らかになってきた13-15, 38.
ここでは、先体生殖の研究において、潜在的に重要な3つの主要方向（すなわち、エンドサイトーシス機構の寄与、エンドサイトーシスと生合成経路のクロストーク、および「エンドサイトーシス-極性-ソーティング信号」の関係）を簡単に紹介した。 先体形成はゴルジ体から直接起こると考えられてきたため、「ER-ゴルジ体-先体」経路が広く研究され、確立されてきた。 ER-Golgi-acrosome “という考え方があまりにも広まったため、輸送装置の分子構成要素（2つの例を挙げると、上記のモータータンパク質KIFC1 17と小胞受容体Rab 27a, 18）が生合成輸送（Golgi → 発達先体）であるとされるようになったのである。 逆に、エンドサイトベシクルのプロテオーム解析により、KIFC1が初期エンドソーム関連タンパク質であることが明らかになった39。また、Ras様GTPaseのRabファミリーの一員であるRab27aは、LRO成熟やトラフィッキングに機能することが知られている13。-最後に、選択されたユビキチン化膜貫通型受容体の認識と選別に必要な UBPy/ESCRT-0 複合体のような EE 機構の主要構成要素が先体生合成に関与している場合、先体レベルで選択的に動員する必要のある精子膜因子の存在を示唆することを無視することはでき ない。 先体形成の失敗は男性不妊の原因となり、特にヒト不妊の原因となることから2、先体生物学の完全な解明が今後期待されます。