精子形成に伴う細胞小器官の構造変化~ミクロな細胞内構造を、拡大して、可視化する~

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2025-12-04 理化学研究所

精子形成に伴う中心小体構造の変化を可視化するため、理化学研究所らの国際共同研究チームは、オスマウス生殖細胞向けの膨張顕微鏡法プロトコルを確立し、遠位・近位中心小体の内部構造を高解像度で解析した。その結果、精子形成過程で遠位中心小体が短縮と側方拡大を伴って再構築されること、近位中心小体が核への接続構造を獲得すること、さらに両者でチップ構造が離脱することを明らかにした。内側足場構造の主要タンパク質POC5を欠損させたマウスでは、遠位中心小体が破綻し精子べん毛が形成不全となり、雄のみが不妊になることから、Centrin–POC5内側足場が精子べん毛形成と男性不妊に深く関わることが示された。

精子形成に伴う細胞小器官の構造変化~ミクロな細胞内構造を、拡大して、可視化する~
図1 精子形成に伴う中心小体の構造変化

<関連情報>

Centrin-POC5内部足場は精子鞭毛の組み立てに遠位中心小体の完全性を提供する Centrin-POC5 inner scaffold provides distal centriole integrity for sperm flagellar assembly

Yutaka Takeda, Eriko Kajikawa, Jingwen Wang, Morié Ishida, […] , and Hiroki Shibuya
Science Advances  Published:3 Dec 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aea4045

Abstract

Centrioles undergo marked transformations during spermatogenesis that are essential for sperm motility and male fertility. Despite their importance, the molecular mechanisms and ultrastructural dynamics underlying these transformations remain largely unknown. Here, we apply ultrastructure expansion microscopy and reveal previously unrecognized centriolar architectural changes in mouse male germ cells, including geometry switching between the two centrioles and stage-specific removal of distal tip proteins such as centrin and SFI1. We further identify the centrin-POC5 inner scaffold as a key structure selectively augmented at the distal centriole, which directly forms and anchors the flagellum. Functional analyses of Poc5 knockout mice demonstrate that this inner scaffold is essential for distal centriole integrity and flagellar assembly in spermatids but dispensable in somatic cells and spermatocytes. Our findings provide a spatiotemporal molecular atlas of centriole remodeling during spermatogenesis and uncover the critical physiological role of the centriolar centrin-POC5 inner scaffold in mammalian reproduction.

細胞遺伝子工学
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