精子形成：ステージとその特性 - 生物学 - 2025

精子形成は、生殖細胞（精原細胞）からの精子の形成のプロセスです。それは有性生殖を有する真核生物の男性個体で発生する。

このプロセスを効率的に行うには、次のような特定の条件が必要です。正確な遺伝子発現と適切なホルモン培地を用いた正確な染色体分裂により、多数の機能細胞を生成します。

出典：Anchor207

精原細胞の成熟配偶子への変換は、生物の性的成熟の間に起こります。このプロセスは、テストステロンの生産に介入するHCG（ヒト絨毛性ゴナドトロピン）など、下垂体ゴナドトロピンタイプの特定のホルモンの蓄積によって引き起こされます。

精子形成とは何ですか？

精子形成は男性の配偶子の形成から成ります：精子。

これらの性細胞の産生は、精巣にある精細管で始まります。これらの尿細管は、生殖腺の総体積の約85％を占め、その中には、有糸分裂によって絶えず分裂する未熟な生殖細胞または精原細胞があります。

これらの精原細胞のいくつかは、複製を停止し、一次精母細胞となり、減数分裂のプロセスを開始し、それぞれが完全な染色体負荷を持つ一対の二次精母細胞を生成します。

後者は減数分裂の第2段階を完了し、最終的に染色体負荷が半分の4つの精子細胞（半数体）を生み出します。

後に彼らは形態学的変化を受けて精子を生成し、精子は精巣の隣の陰嚢にある精巣上体に行きます。この管では、個体の遺伝子を伝達する準備ができている配偶子の成熟が起こります。

精子形成プロセスは、ホルモンと遺伝的調節に依存しています。このプロセスはテストステロン依存性であるため、このホルモンの産生において精細管に特殊化した細胞（ライディッヒ細胞）が見つかります。

関与する遺伝的要素

精子形成におけるいくつかの重要な遺伝子は、ライディッヒ細胞の分化に作用するSF-1遺伝子と、セルトリ細胞の分化と精巣索の形成に関与するSRY遺伝子です。このプロセスの調節には他の遺伝子が関与しています：RBMY、DBY、USP9Y、およびDAZ。

後者はY染色体上にあり、RNA結合タンパク質のコーディングに作用し、その不在は一部の個体の不妊症に関連しています。

ステージとその特性

精子が成熟した精細管。ネフロン

始原生殖細胞（生殖細胞）は卵黄嚢で形成され、生殖器の頂部に移動し、セルトリ細胞間で分裂することにより、精細管を形成します。生殖細胞は内部にあり、そこから基底膜に向かって移動し、精原細胞を引き起こします。

始原生殖細胞の増殖と精原細胞の形成は、個体の胚発生中に発生します。出生後まもなく、これらの細胞の有糸分裂は停止します。

成熟した精子が生成されるプロセスは、3つのフェーズに分かれています：精原細胞、精母細胞、および精子。

1.精子相

個人の性的成熟の時期が近づくにつれて、テストステロンレベルの増加は精原細胞の増殖を活性化します。これらの生殖細胞は分裂して、一次精母細胞に分化する一連の精原細胞を生成します。

人間では、いくつかの形態学的タイプの精原細胞が区別されます：

精原細胞Ad：精細管の間質細胞の隣にあります。彼らは、分裂を続けるAdタイプのペア、またはApタイプのペアを生成する分裂分裂に苦しんでいます。

Ap精原細胞：これらは分化プロセスに従って精子を生成し、有糸分裂によって連続的に分裂します。

精原細胞B. Ap精原細胞の有糸分裂の産物であり、回転楕円体の核と「細胞質橋」によって相互に接続されているという特徴があります。

彼らは、精子が精細管の内腔に放出されるときに、精子の分化を分離して、その後の段階で存続する一種のシンシチウムを形成します。

これらの細胞間の細胞質結合により、精原細胞の各ペアの同期した発生が可能になり、減数分裂後でもこれらの細胞は発生し続けるため、それぞれが機能するために必要な完全な遺伝情報を得ることができます。

2.精母細胞相

このフェーズでは、B精原細胞は分裂して分裂し、染色体を複製するI（一次）精母細胞を形成します。その結果、各細胞は2組の染色体を持ち、通常の2倍の量の遺伝情報を持ちます。

続いて、これらの精母細胞の減数分裂が行われ、それらの遺伝物質が半数体の特性に達するまで減少します。

有糸分裂I

最初の減数分裂では、染色体は前期に凝縮され、ヒトの場合、44の常染色体と2つの染色体（XとYがそれぞれ1つ）にあり、それぞれに染色分体のセットがあります。

相同染色体は、中期の赤道プレート上に並んでいる間、互いに結合します。これらの配置は、染色分体の2つのペアを含むため、テトラッドと呼ばれます。

四分子は遺伝物質を交換し（交叉）、染色分体と再構成してシナプトミック複合体と呼ばれる構造に再配置します。

このプロセスでは、父親と母親から受け継がれた相同染色体間で情報を交換することによって遺伝的多様化が起こり、精母細胞から生成されるすべての精子細胞が異なることが保証されます。

交差の終わりに、染色体は分離し、減数分裂紡錘体の反対の極に移動し、四分子の構造を「溶解」し、各染色体の再結合された染色分体が一緒に残ります。

親に関して遺伝的多様性を保証する別の方法は、父親と母から派生した染色体を紡錘体の極に向かってランダムに分布させることです。この減数分裂の終わりに、II（二次）精母細胞が生成されます。

減数分裂II

二次精母細胞は、形成された直後に2番目の減数分裂プロセスを開始し、新しいDNAを合成します。この結果として、各精母細胞には染色体負荷の半分があり、各染色体には重複したDNAを持つ姉妹染色分体のペアがあります。

中期では、染色体は赤道プレート上に分布して整列し、染色分体は減数分裂紡錘体の反対側に移動することによって分離します。

核膜を再構築した後、半数体の精子細胞が半分の染色体（ヒトでは23）、染色分体、および遺伝情報（DNA）のコピーとともに得られます。

3.精子形成期

精子形成は、精子形成プロセスの最後の段階であり、その中で細胞分裂は発生しませんが、細胞の分化を一倍体成熟精子に可能にする形態学的および代謝的変化が発生します。

細胞の変化は、精子細胞がセルトリ細胞の原形質膜に付着している間に発生し、4つのフェーズで説明できます。

ゴルジ相

これは、ゴルジ体がプロアクロソーム顆粒またはPAS（過ヨウ素酸シッフ反応性）をゴルジ複合体に蓄積することにより、先体を生じさせるプロセスです。

これらの顆粒は、核の隣にある先体小胞につながり、その位置が精子の前部を決定します。

中心体は精子細胞の後部に向かって移動し、細胞膜と垂直に整列し、軸索の微小管を精子の鞭毛の基部に統合するダブレットを作ります。

キャップフェーズ

先体小胞は成長し、核の前部に広がり、先体または先体キャップを形成します。この段階では、核の内容が凝縮され、先体の下に残っている核の部分が厚くなり、その孔が失われます。

先体相

核は円形から楕円形に伸びており、べん毛は、その前端がセルトリ細胞に付着するように配向されているため、発生するべん毛が伸びる精細管の基底板に向かっています。

細胞質は細胞の後方に移動し、細胞質の微小管は、先体キャップから精子細胞の後方部分まで続く円筒状の鞘（マンシェット）に蓄積します。

鞭毛を発達させた後、中心小体は核の方へ戻り、核の後部の溝に付着し、そこから軸索の微小管に達する9本の太い繊維が現れます。このようにして、核と鞭毛がつながっています。この構造はネック領域として知られています。

ミトコンドリアは首の後方領域に向かって移動し、太い繊維を取り囲み、精子の尾の中間領域を形成する堅いらせん状の鞘に配置されます。細胞質はすでに形成された鞭毛を覆うように動き、「マンシェット」は溶解します。

熟成期

過剰な細胞質はセルトリ細胞によって貪食され、残存する体を形成します。B精原細胞で形成された細胞質架橋が残存体に残るため、精子細胞が分離されます。

最後に、精子細胞はセルトリ細胞から放出され、精細管の内腔に放出され、そこからまっすぐな管、精巣網、精巣管から精巣上体まで輸送されます。

ホルモン調節

精子形成はホルモン、主にテストステロンによって細かく制御されるプロセスです。人間では、全体のプロセスは、下垂体ゴノドトロピン（LH、FSHおよびHCG）の生成と蓄積を活性化するホルモンGnRHの視床下部での放出によって性的成熟で引き起こされます。

セルトリ細胞は、FSHの刺激によってテストステロントランスポータータンパク質（ABP）を合成し、ライディッヒ細胞によって放出されたテストステロン（LHによって刺激されます）とともに、精細管でこのホルモンの高濃度を保証します。

セルトリ細胞では、ライディッヒ細胞活性の調節に関与するエストラジオールも合成されます。

受精

精巣上体は尿道に流入する輸精管とつながり、最終的には受精する卵を求める精子の排出を可能にし、有性生殖のサイクルを完了します。

解放されると、精子は数分または数時間で死ぬことがあり、これが起こる前に女性の配偶子を見つける必要があります。

人間では、性交中に各射精で約3億個の精子が放出されますが、交尾できる領域に到達するまで、約200匹しか生き残れません。

精子は、女性の生殖管でトレーニングプロセスを経て、鞭毛の可動性を高め、先体反応に備えて細胞を準備する必要があります。これらの特徴は卵を受精させるために必要です。

精子の受精能

精子が存在する変化の中で、原形質膜の過分極、細胞質内pHの増加、脂質とタンパク質の変化、透明帯による認識を可能にする膜受容体の活性化など、生化学的および機能的修飾が際立っています。これに参加します。

特定の受容体を認識しないことにより受精が行われないため、この領域は種間の交雑を回避するための化学的バリアとして機能します。

卵は顆粒細胞の層を持ち、細胞外マトリックスを形成する高濃度のヒアルロン酸に囲まれています。この細胞層に浸透するために、精子はヒアルロニダーゼ酵素を持っています。

透明帯と接触すると、先体反応がトリガーされ、先体キャップの内容が（加水分解酵素として）放出されます。これにより、精子が領域を通過して卵子の原形質膜に結合し、放出されます。その中には、その細胞質内容、オルガネラおよび核があります。

皮質反応

一部の生物では、胚珠の原形質膜が精子と接触すると脱分極が起こり、複数の精子が受精するのを防ぎます。

多精子症を防ぐ別のメカニズムは皮質反応であり、そこで透明帯の構造を変化させる酵素が放出され、糖タンパク質ZP3を阻害し、ZP2を活性化して、この領域を他の精子が侵入できないようにします。

精子の特徴

男性の配偶子には、女性の配偶子とは非常に異なる特徴があり、個人の遺伝子を次の世代に広げるように高度に適応しています。

胚珠とは対照的に、精子は体内に存在する最小の細胞であり、それらを移動させて受精させるために（そのような移動性を持たない）女性の配偶子に到達するために移動できる鞭毛を提供します。このべん毛は、首、中間領域、主領域および終末領域からなる。

首には中心体があり、中間領域にはミトコンドリアがあり、それらは運動に必要なエネルギーを提供する役割を果たしています。

一般に、精子の生産量は非常に高く、実際に雌の配偶子を受精させることができるのは約25％だけなので、これらは競争力があります。

精子形成と卵形成の違い

精子形成には、卵形成とは異なる特徴があります。

-細胞は個人の性的成熟以降、継続的に減数分裂を行い、各細胞は1つではなく4つの成熟した配偶子を生成します。

-精子は減数分裂の後に始まる複雑なプロセスの後に成熟します。

-精子の生産では、卵子の形成の2倍の細胞分裂が発生します。

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