ウニ精子鞭毛では,頭部に関して両方向に形成される屈曲は大きさが異なる.大きい方の屈曲をprincipal bend,小さい方の屈曲をreverse bendと呼ぶが,Ca²⁺濃度が10^-7-10^-5Mの範囲で高くなるとこれらの差はより大きくなり,非対称性が増大する.さらに高いCa²⁺濃度(約10^-4M)では,1つのprincipal bendのみが鞭毛の根元に形成され,鞭毛は運動を停止する(’quiescence’とよぶ),精子の頭部に強制振動を与えた時,10^-6-10^-5M Ca²⁺存在下でも,再活性化したウニ精子鞭毛はピペットの振動に同期して安定した運動を示したが,Ca²⁺非存在下に比べて波形はより非対称であった.この時の微小管滑り速度は,<10^-9M Ca²⁺の時と同様に振動の周波数の増大により大きくなり,振動前の周波数以上ではMgATP濃度により規定される最大の滑り速度を示した.しかし,この最大の滑り速度は,10^-6-10^-5M Ca²⁺において<10^-9Mの時より15-20%減少することがわかった.さらに,滑り速度の減少の原因は,reverse bend angleの減少であることも明らかとなった.Ca²⁺による滑り速度の減少は,250,54,27MいずれのMgATP濃度においても確認された.

　ウニ精子の頭部を吸引固定したピペットに与える強制振動の面を回転させると,この回転に伴って鞭毛の屈曲面が回転する.この時,9本のダブレット微小管は回転しないことが確かめられている.そこで,この屈曲面の回転を調べることにより,滑り速度の減少を引き起こす軸糸内構成要素を明らかにすることを試みた.波形の非対称性は,10^-5M Ca²⁺存在下でもCa²⁺非存在下と同様に振動面の回転に伴って180度回転した.また,principal bendもreverse bendも屈曲面の回転前後で大きさが有意に変わらなかった.これらの結果は,Ca²⁺は特定のダブレット上のダイニンに作用するのではなく.屈曲形成と滑りのパターンを制御する「回転しうる」軸糸内構成要素に作用することを示している.従って,軸糸内で唯一「回転しうる」とされている中心小管が,このCa²⁺による滑り速度の減少に関与していると考えられる.クラミドモナスの鞭毛では,中心小管はradial spokeを介してリン酸化/脱リン酸化によりダイニンの活性を制御するという報告がある.ウニ精子鞭毛でも同様の機構で微小管滑り速度が制御されている可能性が推測される.興味深いことに,この屈曲面の回転は,MgATP濃度が250Mと54Mではみられたが,27Mではみられなかった.従って,高いATP濃度の時,中心小管はCa²⁺による滑り速度の制御に関わっている可能性がある.このことは,低いATP濃度では中心小管はCa²⁺による波形変化に必須ではない,という過去の報告とも一致する.ウニ精子のATP濃度は通常5-10mMといわれているので,中心小管が滑り速度の制御に重要である可能性は高いと考えられる.

　次に,Ca²⁺による滑り速度の減少の特性をさらに明らかにするため,滑り速度に対する低濃度トリプシン処理の効果を検討した.除膜したウニ精子を0.1g/mlトリプシンで2-3分間処理した後,微小管滑り速度を測定した.Ca²⁺による滑り速度の減少は,低濃度トリプシン3分処理により完全に阻害された.一方10^-4MCa²⁺によるquiescenceの誘導は,2分以上の処理により阻害された.10^-6MCa²⁺による滑り速度の減少にかかわるタンパク質はトリプシシ3分処理により,一方10^-4MCa²⁺によるquiescenceの誘導に関わるタンパク質は2分処理により壊されている可能性がある.

　ウニ精子鞭毛内には,他の鞭毛・繊毛と同様Ca²⁺結合タンパク質のカルモジュリンが存在することが知られている.そこで,滑りの制御におけるカルモジュリンの役割を検討するために,滑り速度に対するカルモジュリンの阻害剤trifluoperazine(TFP)とW-7の効果を調べた.10^-5M Ca²⁺による滑り速度の減少はカルモジュリン阻害剤存在下でもおこったので,10^-5M Ca²⁺存在下における滑り速度の減少にはカルモジュリンはほとんど関与しないと考えられる.ところが,10^-4M Ca²⁺によるquiescenceの誘導は10-50M TFP,20MW-7で阻害された.Quiescenceを示した鞭毛はTFPの作用によって非対称ではあるが安定した運動を示すようになり,この時の微小管滑り速度は10^-5M Ca²⁺存在下に近い値を示した.これらの結果は,10^-6-10^-5M Ca²⁺により誘導される非対称性の増加と,10^-4M Ca²⁺により誘導されるquiescenceは独立の機構により制御されている可能性を示唆している.

　第一部で述べたように,低濃度トリプシン処理はCa²⁺による滑り速度の減少やquiescenceを阻害する.このことは,低濃度トリプシン処理により壊される軸糸タンパク質がCa²⁺による微小管の滑りの制御に関わる可能性を示唆している.SDS-PAGEにより軸糸タンパク質を調べた結果,低濃度トリプシン2分処理により,カルモジュリンを含む12種類のポリペプチドが影響を受けていることがわかった.10^-5M Ca²⁺による滑り速度の減少はトリプシン3分処理で完全に失われるが,12種類のポリペプチドの中では,約160kDaのポリペプチドのみがトリプシシ3分処理により完全に分解されているようだった.一方,カルモジュリンは,quiescenceの誘導を阻害するトリプシン2分処理ですでに大部分が消化されていた.従って,カルモジュリンはquiescenceの誘導に重要な役割を担っているのではないかと思われる.

　以上のように本研究では,運動中のウニ精子鞭毛においてCa²⁺により微小管滑り速度が減少することを初めて明らかにし,この滑り速度の制御には中心小管が関わっている可能性が高いことを示した.本研究ではさらに,滑り速度の減少とquiescenceが異なる機構により制御されているらしいこと,quiescenceの誘導にはカルモジュリンが関与することも明らかにした.今後は,Ca²⁺による滑り速度の減少がどのようなダイニンの活性の制御により引き起こされるのかを明らかにしなければならない.