クサフグ、カレイの精子は、精漿と等張の約300mOsm・kg^-1の等張溶液中で運動を停止しており、精漿に比べ高張の500mOsm・kg^-1以上の溶液中で運動を開始する。運動開始は電解質溶液、非電解質溶液中でも起こることから、溶液中のイオン組成の変化によってではなく浸透圧の上昇が運動開始の引き金であると考えられている。また、精子懸濁液の浸透圧を700mOsm・kg^-1と300mOsm・kg^-1になる様に交互に変化させることにより精子は運動の開始と停止を繰り返すことが明かとなった。

　細胞膜は半透膜であるので一般に動物細胞では外液の浸透圧変化は細胞の膨潤または収縮とそれに伴なう細胞内イオン濃度の増加、減少を引き起こすと考えられる。また白血球などでは細胞の膨潤または収縮が起こると細胞膜のイオン透過性が変化し細胞体積をもとに戻す、恒常性を維持するための一連の細胞応答機構がある。しかし、精子では運動開始が非電解質溶液中でも生じることから、細胞膜を介したイオンの出入りよりも、むしろ細胞の体積の変化による細胞内イオン濃度の変化や形の変化が運動開始の調節に関与している可能性が高い。そこで細胞内イオン濃度変化に着目し運動開始との関係を検討した。まず細胞内イオン濃度変化の指標として、細胞内のK⁺濃度をnigericinを用いたnull point法を用いて測定した。その結果、外液の浸透圧が等張(約300mOsm・kg^-1)のとき細胞内K⁺濃度は105mMであり、800mOsm・kg^-1のときは300mMであった。この結果は、外液の浸透圧増加にともない細胞内K⁺濃度が増加することを示唆している。

　さらに、精子運動開始の調節を軸糸のレベルで解析する目的で、NP-40を用いクサフグ精子除膜モデルを新たに作成し、除膜モデルは精子内イオン濃度にほぼ等しい150mMKacetateを含む再活性化液中では運動を停止していたが、K aceteteの濃度が250mM以上のとき運動を開始することを明らかにした。この再活性化はNaCl、KClでも生じたが、マンニトールなどの非電解質では生じなかった。また、再活性化溶液のイオン濃度を600mOsm・kg^-1と300mOsm・kg^-1になる様に変化させたところ除膜精子モデルは運動の開始と停止を繰り返した。これらの結果は、雄性生殖器から高張の海水に放精された精子内で100mMから300mM以上に変化するイオン濃度が、運動の開始、停止をコントロールしていることを示している。

　これまで様々な種の精子で、その運動調節に細胞内pH(pH_i)が関与することが報告されている。クサフグ精子は精漿と等張の浸透圧中では運動を開始しないが、同じ等張の条件下でイオノフォアを用いてpH_iを上昇させると運動を開始した。また、細胞内とほぼ等しいイオン濃度を持つ再活性化液中で運動を停止している除膜精子モデルは溶液のpHを大きく高めることにより運動を開始した。一方、等張溶液中で静止している精子のPH_iは7.4であり、浸透圧の増加による運動開始に伴なうpH_iの上昇は小さなのもであった。そこで鞭毛の運動と細胞内イオン濃度およびpH_iの関係をより正確に知ることを目的として、nigericinを用いて細胞膜を除去することなく細胞内のK⁺とpHを細胞外のK⁺、pHと平衡化したモデル精子を作成した。このモデル精子では等張溶液中で運動開始に、0.8un it程度の大きなpH上昇が必要であり、また細胞内pHを7.4に固定しても細胞内K⁺濃度が上昇すると精子は運動を開始した。一方、pH_iを低く保持しておいてもK⁺濃度を増加させると精子は運動を開始したが、より高濃度のK⁺を必要とした。これらの結果はpH_iが細胞内K⁺とともに精子運動開始を調節する要因のひとつではあることを示している。しかし、実際の運動開始の要因は細胞内イオン濃度の変化が主であることを示唆している。

　ゼブラフィッシュ精子は他の淡水魚と同様等張の浸透圧下で運動を停止しており、浸透圧の減少によって運動を開始した。コイ科淡水魚類精子は放精された後、徐々に膨潤し、1-2分のうちに軸糸および頭部の構造が破壊されることが報告されている。淡水魚精子の細胞内イオン濃度変化は測定していないので明らかではないが、淡水魚においては精子は低張の外液によって吸水し細胞内イオン濃度の低下を生じていると考えられる。一方、除膜精子モデルは精漿と等しいイオン濃度の再活性化液中で運動を停止しており、再活性化溶液のイオン濃度が100mM以下に減少すると運動を開始した。しかし、精漿と等浸透圧またはそれ以上の濃度のマンニトールを含む再活性化溶液中でも運動は抑制されないことから、淡水魚においては鞭毛運動が細胞内イオン濃度の低下によって調節されていると考えられる。

　以上の結果は、海産魚、淡水魚では外部浸透圧増加または減少が、細胞内のイオン強度の増加または減少という細胞内要因に変換され、このイオン濃度が、軸糸に直接作用して精子の運動開始、停止を引き起こすことを示唆している。

　クサフグ精子鞭毛のトリプシン処理軸糸は、ウニ由来の軸糸と同様にATP依存的に微小管の滑りを起こし崩壊した。しかし、滑りは再活性化溶液の塩濃度が150mM以上のときに起こり、100mM以下では起こらない。このことは、トリプシン処理によって軸糸から失われるネクシン、ラジアルスポークよりもむしろdyneinのATPase活性そのもの、あるいはdyneinと微小管の相互作用が細胞内イオン濃度依存的に鞭毛軸糸運動を調節していることを示している。

　より詳細な検討のため、クサフグ精子鞭毛からdyneinの抽出を行なった。クサフグ精子軸糸のMg²⁺-ATPase活性は800mMのNaCl溶液で50%が抽出された。600mM NaCl溶液による軸糸抽出物を5-20%sucrose密度勾配遠心法で分離すると11S付近と19S付近に280nmの吸収とMg²⁺-ATPase活性のピークが得られた。大きい11S付近のピークでウニの外腕dyneinとほぼ同様に100mM KClに比べて350mM KClによりMg²⁺-ATPase活性が約2.5倍上昇した。また、抽出されたdyneinの性質および軸糸中の位置については今後の検討課値である。

　タンパク質のリン酸化、脱リン酸化は細胞機能の調節に重要な役割を果たしている。ニジマスの、精子運動開始にはcAMP依存性protein kinaseによるタンパク質のリン酸化が関与する。またリン酸化がdynein ATPaseを活性化することも報告されてれている。クサフグでは精子をprotein phosphataseの阻害剤であるBenzylphosphonic acid及びNaFにより浸透圧の増加による精子運動開始が抑制された。またBenzylphosphonic acidは、除膜精子モデルの再活性化も阻害した。Benzylphosphonic acidはtyrosirne phosphataseに特異的な阻害剤であり、protein phosphataseによるtyrosine残基の脱リン酸化が精子運動を調節していると考えられる。

　等張の150mM NaCl溶液中に懸濁したクサフグ精子をcalmodulinおよびprotein kinase Cの阻害剤であるW-7,sphingosin,trifluoperadinで処埋するとpH_iの上昇と運動の開始が起こった。W-7のanologuecであゐW-5、protein kinase Cの阻害剤であるH-7ではこれらの変化はみられない。クサフグ精子のpH_i調節にはcalmodulinが関与している考えられる。

　海産魚精子では、外部浸透圧の増加、減少が細胞内イオン濃度の増加減少に変換され運動が開始、停止する。逆に、淡水魚精子は外部浸透圧減少、増加が、細胞内イオン濃度の減少、増加に変換され運動開始、停止が起こることが明かとなった。また、精子の運動開始、停止は繰り返しが可能であるということが見出だされた。細胞内イオン濃度変化に加えてcal mo dulinを介する経路で調節されているpH_iの変化が鞭毛の運動の調節に関与していることが示唆された。さらにイオン濃度の増加または減少が軸糸に直接作用し、dynein ATPase活性あるいはdyneinと微小管の相互作用を変化させることによって運動開始を調節していることも示唆された。また精子の運動開始はprotein phosphataseの阻害剤によって抑制されることから、タンパク質脱リン酸化が運動開始に重要であると考えられる。