精子鞭毛運動の制御における分子ナノシステムの解明

• Project/Area Number: 19037012
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 吉田 学 The University of Tokyo, 大学院・理学系研究科, 講師 (60301785)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥5,400,000 (Direct Cost: ¥5,400,000); Fiscal Year 2008: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2007: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
• Keywords: 受精 / 精子活性化・誘引物質 / 鞭毛運動調節 / 動物生理化学 / 精子走化性 / カルシウム / カタユウレイボヤ

Research Abstract

本研究では、精子鞭毛運動の調節機構の全容解明を最終目標とする。研究期間中においては、主に精子走化性等の卵由来物質による鞭毛運動の調節システムの解明に焦点を絞り、これまで構築してきた精子鞭毛運動のイメージングシステムを用い、カタユウレイボヤ精子誘引物質SAAFによる精子走化性運動時の鞭毛運動制御機構の解明を試みている。走化性運動時の精子では方向転換のために鞭毛波形の対称性が対称から非対称へと急激に変化するが、この鞭毛波形の変化が見られる直前に細胞内Ca^<2+>の一過的な上昇(Ca^<2+>バースト)が開始することが明らかとなった。このときの鞭毛波形変化と細胞内Ca^<2+>濃度について詳しく解析したところ、Ca^<2+>の絶対濃度と対称性が必ずしも比例関係にはないことがわかった。さらに、誘引物質濃度勾配中においてCa^<2+>バーストがどこで起こるかを調べところ、精子は誘引源に向かって泳いでいるときではなく、常に誘引源から最も離れたときに反応していることが明らかとなった。以上の結果より、精子は誘引物質濃度が減少から上昇に変わる点(濃度変化の極小値)を検出し、Ca^<2+>バーストが生じることで鞭毛波形を瞬時に変化させ、遊泳方向の転換を行っているのではないかと言う仮説を立て、検証している。また、ユウレイボヤの精子活性化及び走化性にはNa^+/Ca^<2+>exchanger(NCX)が重要な働きを持つが、実際に細胞内からのCa^<2+>排出に働いていることが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Control of Sperm Motility and Fertility : Diverse factors and common mechanisms (2008)
  • Author(s): Yoshida, M. , 他2名
  • Journal Title: Cellular and Molecular Life Sciences 65 Pages: 3446-3457
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ascidian sperm activating and attracting factor : Importance of sulfate groups for the activities and implication of its putative receptor (2008)
  • Author(s): Yoshida, M., 他6名
  • Journal Title: FEBS letters 582 Pages: 3429-3433
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ca^<2+> bursts occur around a local minimal concentration of attractant and trigger sperm chemotactic response (2008)
  • Author(s): Shiba, K., 他3名
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy Sciences USA 105 Pages: 19311-19316
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] How to Track Spermatozoa using High-Speed Visual Feedback (2008)
  • Author(s): Oku, H. , 他4名
  • Journal Title: Conference Proceedings of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society 2008 Pages: 125-128
  • Peer Reviewed
• [Presentation] カタユウレイボヤ精子走化性における誘引物質感知機構 (2009)
  • Author(s): 柴小菊, 他4名
  • Organizer: 生体運動合同班会議
  • Place of Presentation: 東京都目黒区
• [Presentation] Ca^<2+> Dynamics and Chemotactic Behavior of the Ascidian Sperm (2008)
  • Author(s): Yoshida, M., 他2名
  • Organizer: 41st Society for the Study of Reproduction Annual Meeting
  • Place of Presentation: Kailua-Kona, HI, USA
• [Presentation] How to Track Spermatozoa using High-Speed Visual Feedback (2008)
  • Author(s): Oku, H., 他4名
  • Organizer: 30th Annual International Conference of the IEEI Engineering in Medicine and Biology Society
  • Place of Presentation: Vancouver, British Columbia, Canada
• [Presentation] カタユウレイボヤ精子の誘引物質濃度変化感知機構 (2008)
  • Author(s): 柴小菊, 他2名
  • Organizer: 日本動物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 福岡市
• [Presentation] カタユウレイボヤ精子走化性運動における精子内Ca^<2+>濃度の制御機構 (2008)
  • Author(s): 丸山虎轍, 他2名
  • Organizer: 日本動物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 福岡市
• [Presentation] イトマキヒトデAsterma pectinifbra精子の運動開始機構 (2008)
  • Author(s): 荒木直也, 他2名
  • Organizer: 日本動物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 福岡市
• [Presentation] ホヤ精子走化性実測データに基づく精子誘引物質感知機構のシミュレーション解析 (2008)
  • Author(s): 柴小菊, 他3名
  • Organizer: 日本生物物理学会第46回年会
  • Place of Presentation: 福岡市
• [Presentation] Characterization of VCP/p97 and its roles in the activation of sperm motility in Cionaintestinalis (2008)
  • Author(s): 朱 麗紅, 他3名
  • Organizer: 生体運動合同班会議
  • Place of Presentation: 仙台市
• [Presentation] カルシウムによるカタユウレイボヤ精子走化性時の鞭毛運動制御 (2008)
  • Author(s): 柴 小菊, 他3名
  • Organizer: 生体運動合同班会議
  • Place of Presentation: 仙台市
• [Presentation] カタユウレイボヤ精子走化性の解析 (2007)
  • Author(s): 吉田 学
  • Organizer: 第2回ホヤ研究集会
  • Place of Presentation: 下田市
• [Presentation] ホヤ鞭毛・繊毛の分子構築と機能の解析 (2007)
  • Author(s): 稲葉 一男, 他7名
  • Organizer: 第2回ホヤ研究集会
  • Place of Presentation: 下田市
• [Presentation] Na^+/Ca^<2+> exchanger modulates the flagellar wave pattern for the regulation of motility activation and chemotaxis in the ascidian spermatozoa. (2007)
  • Author(s): Yoshida, Manabu
  • Organizer: Gordon Research Conference: Fertilization and the Activation of Development
  • Place of Presentation: Plymouth, NH, USA
• [Presentation] Sperm chemotactic behavior regulated by intracellular Ca^<2+> changes in the ascidian, Ciona intestinalis (2007)
  • Author(s): Shiba, Kogiku, 他2名
  • Organizer: Gordon Research Conference: Fertilization and the Activation of Development
  • Place of Presentation: Plymouth, NH, USA
• [Presentation] GFP-Calaxinを導入したトランスジェニックホヤ精子の解析 (2007)
  • Author(s): 水野克俊, 他4名
  • Organizer: 日本動物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 弘前市
• [Presentation] カタユウレイボヤ精子走化性における細胞内カルシウムと鞭毛運動制御 (2007)
  • Author(s): 柴 小菊, 他2名
  • Organizer: 日本動物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 弘前市
• [Presentation] カタユウレイボヤ精子走化性におけるNa^+/Ca^<2+> exchangerの役割 (2007)
  • Author(s): 丸山 虎轍, 他2名
  • Organizer: 日本動物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 弘前市
• [Presentation] スジキレボヤ卵由来精子活性化誘引物質の部分精製 (2007)
  • Author(s): 平舘 裕希, 他4名
  • Organizer: 日本動物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 弘前市
• [Remarks]
  • URL: http://www.mmbs.s.u-tokyo.ac.jp/research/Yoshida/index.html
• [Remarks] 論文のプレスリリース
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/press/press-2008-25.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.mmbs.s.u-tokyo.ac.jp/research/Yoshida/index.html