家畜をモデルとした卵子脂質量を制御する分子背景とメタボリックメモリーに関する研究

• Project/Area Number: 16J07329
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Integrative animal science
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture
• Principal Investigator: 伊丹 暢彦 東京農業大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 卵子 / ミトコンドリア / Heat stress / SIRT1 / 品質管理 / 脂肪酸 / アセチル化 / 脂質 / 顆粒層細胞 / 解糖系 / acH4K12

Outline of Annual Research Achievements

申請者は三年目に、ミトコンドリアの品質管理を人為的に制御する方法を模索した。卵子内のミトコンドリアは分解と合成のバランスの基にその量が制御されており、このミトコンドリア品質管理機構の存在は卵子の質を維持する上で重要である。申請者は卵子の質の向上を目的とし、卵子培養中の短期間の高温処理によりミトコンドリア品質管理が促進されると仮説を立て、検討した。
通常培養環境より3℃高い41.5℃にて1時間処理すると、熱ショックタンパク質であるHeat Shock Protein 72 (HSP72)の卵子内における発現が増加した。さらに処理後23時間が経過すると、卵子内においてミトコンドリア品質管理を制御しているSIRT1の発現が上昇していた。このSIRT1発現の上昇は、非高温処理のHSP72活性化剤処理卵子でも同様に観察されたため、高温処理がHSP72を介してSIRT1発現を制御することが示唆された。
次にミトコンドリア数を測定したところ、高温処理区と非処理区の間で差は見られなかった。しかし、卵子培養培地にミトコンドリア分解を行うプロテアソームの阻害剤(MG132)を添加したところ、非高温処理卵子と比較して高温処理卵子のミトコンドリア数が有意に増加した。このことから、高温処理卵子ではミトコンドリアの分解と合成の双方が活性化し、ミトコンドリアが作り変えられていることが示唆された。そこで高温処理卵子のミトコンドリア活性を調査したところ、ミトコンドリア膜電位活性とATP含量が有意に増加していた。このことから、短期間の高温処理は卵子内のミトコンドリア品質管理を促進させ、ミトコンドリアの質を総体的に向上させていることが考えられた。また、高温処理卵子では胚発生能力の向上が認められたため、この方法が卵子の質向上に有効であることが示された。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Short-term heat stress induces mitochondrial degradation and biogenesis and enhances mitochondrial quality in porcine oocytes (2018)
  • Author(s): Itami N, Shirasuna K, Kuwayama T, Iwata H
  • Journal Title: Journal of Thermal Biology Volume: 74 Pages: 256-263
  • DOI: 10.1016/j.jtherbio.2018.04.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mitochondrial dysfunction in cumulus-oocyte complexes increases cell-free mitochondrial DNA (2018)
  • Author(s): Kansaku K, Munakata Y, Itami N, Shirasuna K, Kuwayama T, Iwata H.
  • Journal Title: Journal of Reproduction and Development Volume: 64 Issue: 3 Pages: 261-266
  • DOI: 10.1262/jrd.2018-012
  • NAID: 130007409988
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Palmitic acid induces ceramide accumulation, mitochondrial protein hyperacetylation, and mitochondrial dysfunction in porcine oocytes (2018)
  • Author(s): Itami N, Shirasuna K, Kuwayama T, Iwata H.
  • Journal Title: Biology of Reproduction Volume: 97 Issue: 5 Pages: 644-653
  • DOI: 10.1093/biolre/ioy023
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Non-esterified fatty acid-associated ability of follicular fluid to support porcine oocyte maturation and development. (2018)
  • Author(s): Ogawa K, Itami N, Ueda M, Kansaku K, Shirasuna K, Kuwayama T, Iwata H
  • Journal Title: Reproductive Medicine and Biology Volume: 17 Issue: 2 Pages: 155-163
  • DOI: 10.1002/rmb2.12084
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Maternal aging affects oocyte resilience to carbonyl cyanide-m-chlorophenylhydrazone -induced mitochondrial dysfunction in cows. (2017)
  • Author(s): Kansaku K, Takeo S, Itami N, Kin A, Shirasuna K, Kuwayama T, Iwata H.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 12 Issue: 11 Pages: e0188099-e0188099
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0188099
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Differential effects of mitochondrial inhibitors on porcine granulosa cells and oocytes. (2017)
  • Author(s): Kansaku K, Itami N, Kawahara-Miki R, Shirasuna K, Kuwayama T, Iwata H
  • Journal Title: Theriogenology Volume: 103 Pages: 98-103
  • DOI: 10.1016/j.theriogenology.2017.07.049
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of aging on telomere lengths in bovine oocytes and granulosa cells (2017)
  • Author(s): Kin A, Kansaku K, Sumiya M, Itami N, Shirasuna K, Kuwayama T, Iwata H
  • Journal Title: Journal of Mammalian Ova Research Volume: 34 Issue: 1 Pages: 37-43
  • DOI: 10.1274/032.034.0101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Promotion of glucose utilization by insulin enhances granulosa cell proliferation and developmental competence of porcine oocyte grown in vitro. (2016)
  • Author(s): Itami N, Munakata Y, Shirasuna K, Kuwayama T, Iwata H
  • Journal Title: Zygote Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1017/s0967199416000356
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Relationship between the number of cells surrounding oocytes and energy states of oocytes. (2016)
  • Author(s): Munakata Y, Ichinose T, Ogawa K, Itami N, Tasaki H, Shirasuna K, Kuwayama T, Iwata H
  • Journal Title: Theriogenology Volume: 86 Issue: 7 Pages: 1789-1798
  • DOI: 10.1016/j.theriogenology.2016.05.036
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gene expression patterns in granulosa cells and oocytes at various stages of follicle development as well as in <i>in vitro</i> grown oocyte-and-granulosa cell complexes (2016)
  • Author(s): Munakata Y, Kawahara-Miki R, Shiratsuki S, Tasaki H, Itami N, Shirasuna K, Kuwayama T, Iwata H
  • Journal Title: Journal of Reproduction and Development Volume: 62 Issue: 4 Pages: 359-366
  • DOI: 10.1262/jrd.2016-022
  • NAID: 130005406818
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Mitochondrial quality control in mammalian oocytes (2019)
  • Author(s): Itami N
  • Organizer: 11th HOPE MEETING with Nobel Laureates
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mitochondrial quality control in mammalian oocytes (2018)
  • Author(s): Itami N, Iwata H
  • Organizer: Japan-Korea-China young researchers’ symposium “Organella Dynamics in Reproductive Biology”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Short-term heat stress induces mitochondrial degradation and biogenesis and enhances mitochondrial quality in porcine oocytes (2018)
  • Author(s): Itami N, Shirasuna K, Kuwayama T, Iwata H
  • Organizer: Society for the Study of Reproduction 2018 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 短期間の高温処理はブタ卵子の SIRT1 活性を介してミトコンドリア分解と生合成を引き起こす (2017)
  • Author(s): 伊丹暢彦, 白砂孔明, 桑山岳人, 岩田尚孝
  • Organizer: 第62回日本生殖医学会
• [Presentation] ミトコンドリア機能不全はブタ顆粒層細胞からの細胞外ミトコンドリア DNA の放出を惹起する (2017)
  • Author(s): 岩田尚孝, 神作 和樹, 宗像 祥久, 伊丹 暢彦
  • Organizer: 第62回日本生殖医学会
• [Presentation] 卵胞液中の遊離脂肪酸と卵子の発育能力について (2017)
  • Author(s): 小川佳織, 伊丹暢彦, 白砂孔明, 桑山岳人, 岩田尚孝
  • Organizer: 第62回日本生殖医学会
• [Presentation] 卵胞液は卵子の質と顆粒層細胞数を決定する (2017)
  • Author(s): 植田愛美, 伊丹暢彦, 宗像祥久, 白砂孔明, 桑山岳人, 岩田尚孝
  • Organizer: 第62回日本生殖医学会
• [Presentation] Palmitic acid induced ceramide accumulation causes mitochondrial dysfunction through down-regulation of AMPK/SIRT3 pathway in oocytes (2017)
  • Author(s): Itami N, Ueda M, Shirasuna K, Kuwayama T, Iwata H
  • Organizer: The 4th World Congress of Reproductive Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mitochondria damage increases cell free mitochondrial DNA in spent culture medium of cumulus cells and oocyte complexes (2017)
  • Author(s): Munakata Y, Kansaku K, Itami N, Kawahara-Miki R, Kuwayama T, Shirasuna K, Iwata H
  • Organizer: The 4th World Congress of Reproductive Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mechanism of palmitic acid induced deterioration of in vitro development of porcine oocyte-granulosa cells complexes (2017)
  • Author(s): Shibahara H, Itami N, Shirasuna K, Kuwayama T, Iwata H
  • Organizer: The 4th World Congress of Reproductive Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mitochondrial inhibitors are effective for oocytes but not granulosa cells (2017)
  • Author(s): Kansaku K, Itami N, Takeo S, Shirasuna K, Kuwayama T, Iwata H
  • Organizer: The 4th World Congress of Reproductive Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] パルミチン酸による体外での卵胞発育能低下のメカニズム (2017)
  • Author(s): 伊丹暢彦, 柴原秀典, 白砂孔明, 桑山岳人, 岩田尚孝
  • Organizer: 第58回日本卵子学会
• [Presentation] パルミチン酸に起因するブタ卵子内ミトコンドリア機能低下のメカニズムとその制御方法 (2016)
  • Author(s): 伊丹暢彦, 植田愛美, 白砂孔明, 桑山岳人, 岩田尚孝
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜 (神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] パルミチン酸により惹起される卵子内ミトコンドリア機能不全にはSIRT3の発現低下とミトコンドリアタンパク質の高アセチル化が関与する (2016)
  • Author(s): 伊丹暢彦, 植田愛美, 白砂孔明, 桑山岳人, 岩田尚孝
  • Organizer: 第109回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 麻布大学 (神奈川県相模原市)
  • Year and Date: 2016-09-12
• [Presentation] Palmitic acid induces mitochondrial protein acetylation and inhibits mitochondrial function in porcine oocytes (2016)
  • Author(s): Itami N, Ueda M, Shirasuna K, Kuwayama T and Iwata H
  • Organizer: 18th International Congress on Animal Reproduction
  • Place of Presentation: Le Vinci, Tours, France
  • Year and Date: 2016-06-26
  • Int'l Joint Research