Immune tolerance to sperm and early embryo in cattle: Impact on immune cell function for fertility

• Project/Area Number: 17F17407
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 外国
• Research Field: Animal production science
• Research Institution: Obihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine
• Principal Investigator: 宮本 明夫 帯広畜産大学, 畜産学部, 教授 (10192767)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): MAREY MOHAMED 帯広畜産大学, 畜産学部, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2017-11-10 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2019: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2018: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2017: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
• Keywords: ウシ / 子宮 / 卵管 / 精子 / 初期胚 / 免疫細胞 / 受胎性

Outline of Annual Research Achievements

本研究プロジェクトの大命題は、「高泌乳牛の受胎性の向上」である。ウシの２大繁殖技術である人工授精（AI）と受精卵移植（ET）に関わる子宮・卵管の精子と受精卵の「受入れと排除」を制御する母体免疫システムを解明することで、AIとET技術を改善する技術開発の展望を得ることを目的とした。以下の４つの視点で段階的に進めた。
1. 体外培養モデル（精子の作用）：子宮内へのAIを想定して精子を子宮上皮細胞培養系で共培養すると、子宮上皮はTLR2/4を介して精子を認識してTh1型反応（炎症型）を起こすことが明らかとなった。また、卵管環境は好中球の精子への貪食は抑制するが、大腸菌や異物への貪食は抑制しないことがわかった。
2. 体外培養モデル（初期胚の作用）：体外受精由来の初期胚を卵管と子宮の上皮細胞培養系で共培養して発生させた。共培養上清はPBMCのTh2型反応（寛容型）を誘導した。
3. 体内の子宮分泌モデル： D7にカテーテルを用いて超低濃度のIFNT (100pg/mL)を子宮に入れ、24 h後に回収した。回収液をプロテオーム解析したところ、自然免疫関連タンパク群とエクソゾーム（miRNA含む）が大きく増加していた。
4. 人工授精直後の子宮内の精子と免疫細胞動態： D0の子宮内にAIして、直後から子宮内ミニ灌流で精子と好中球の出現動態をリアルタイムで観察した。１h後に多くの精子は排卵側の子宮角を既に通過しており、この時、好中球は出現していなかった。一方、6h後精子は少数であり、好中球が劇的に増えていた。10h後この炎症反応は既に収拾していた。以上の一連の実験モデルと卵管・子宮の免疫応答のコア部分の解明は、それらを活用したウシ受胎性の向上に向けた技術開発への基盤となる。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Bovine oviduct epithelial cells suppress the phagocytic activity of neutrophils towards sperm (2020)
  • Author(s): Marey MA, Matsukawa H, Sasaki M, Ezz MA, Yousef MA, Takahashi KI, Miyamoto A.
  • Journal Title: Histology and Histopathology Volume: 35
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sperm enter glands of preovulatory bovine endometrial explants and initiate inflammation (2020)
  • Author(s): Akthar I, Suarez SS, Morillo VA, Sasaki M, Ezz MA, Takahashi KI, Shimada M, Marey MA, Miyamoto A.
  • Journal Title: Reproduction Volume: 159 Issue: 2 Pages: 181-192
  • DOI: 10.1530/rep-19-0414
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Roadmap to pregnancy in the first 7 days post-insemination in the cow: Immune crosstalk in the corpus luteum, oviduct, and uterus (2020)
  • Author(s): Talukder AK, Marey MA, Shirasuna K, Kusama K, Shimada M, Imakawa K, Miyamoto A.
  • Journal Title: Theriogenology Volume: 148 Pages: 313-320
  • DOI: 10.1016/j.theriogenology.2020.01.071
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] TLR2/4 signaling pathway mediates sperminduced inflammation in bovine endometrial epithelial cells in vitro. (2019)
  • Author(s): Ezz MA, Marey MA, Elweza AE, Kawai T, Heppelmann M, Pfarrer C, Balboula AZ, Montaser A, Imakawa K, Zaabel SM, Shimada M, Miyamoto A.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 14 Issue: 4 Pages: e0214516-e0214516
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0214516
  • NAID: 120006644937
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Real-time investigation in vivo of sperm and neutrophils distribution in the bovine uterus after artificial insemination. (2019)
  • Author(s): Mohamed Ali Marey
  • Organizer: 第112回 日本繁殖生物学会
• [Presentation] Sperm induce a pro-inflammatory response in bovine uterine epithelial cells via TLR2/4 signaling pathway in vitro. (2018)
  • Author(s): Mohamed Marey
  • Organizer: 第111回 日本繁殖生物学会
• [Presentation] Sensing sperm by bovine uterine epithelial cells via TLR2 and TLR4 signaling pathway in vitro (2018)
  • Author(s): Akio Miyamoto
  • Organizer: 51th Annual Meeting of Society for the Study of Reproduction
  • Int'l Joint Research