Elucidation of calcium signaling mechanism in thermotaxis of bovine sperm and its application to improvement of conception rate
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20K06362
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 42010:Animal production science-related
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
濱野 光市 信州大学, 学術研究院農学系, 特任教授 (70303443)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 優二 信州大学, 学術研究院農学系, 准教授 (20226757)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 精子 / 走温性 / ウシ / カルシウム / 受胎率 |
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| Outline of Research at the Start |
現在、畜産現場ではウシの受胎率が低下し、改善が急務とされている。泌乳量や肉の霜降りの高度化など様々な要因が指摘されているが、その原因は不明である。解決に向けた取組みとして精子や卵子の生理機能に着目した研究が進められている。申請者は受胎率の改善には温度変化に応じた精子の運動性の評価が必要と考えている。精子は雌生殖道内の温度勾配を認識し、低温域の子宮から高温域の卵管に移動する走温性を発現する。そこで、温度依存的カルシウムチャネルを起点とした精子の走温性に関わるカルシウムシグナル伝達機構を解明し、受精能獲得率を高めることで、効率的なウシの増産を可能にする突破口にする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は走温性を利用した精子の検査法や雄ウシの繁殖能力評価法を畜産現場に応用するため、2022年度は以下のことを明らかにした。
２．（２）走温性発現精子におけるカルシウム作用機構の解明：精子はFPP（TRPV3チャネル（ch）促進）、17R（TRPV3ch阻害)、GSK(TRPV4ch促進)、RN(TRPV4ch阻害)、ZC（プロトンch阻害）、Q（カリウムch阻害）で処理し、38.5℃の温度一定（一定区）、37.5～39.5℃の温度勾配（勾配区）で、高温域と低温域に移動した精子数（移動能）と運動性を解析した。勾配区の対照区、FPP区、GSK区の高温域への移動能は低温域より有意に高かった。勾配区の対照区、FPP区、GSK区のVAP、尾部屈曲率は高温域で有意に高かった。FPP区のVCL、尾部打頻度は高温域で有意に高く、LINは有意に低かった。走温性発現精子の運動性の変化におけるTRPVch、カリウムchの関与が示唆された。
３．（ １ ）走温性発現精子の超活性化運動の解析：精子はプロカイン（Pr）、カフェイン－ヘパリン（CH）、イオノフォア（I）で処理し、一定区と勾配区で、非粘性培地と粘性培地における精子の移動能と運動性を解析した。勾配区では全区において高温域への移動能が高く、粘性培地における移動能は非粘性培地より低下したが、Pr区、CH区、I区では対照区と比べ低下率が小さかった。0hと4hの非粘性、粘性培地での精子の特異運動の割合を調べた。インキュベーション0hの粘性培地のPr区は頭部を激振し遊泳（HP）；100%、 CH区はHP；42%、頭部を激振し非移動（NP）；10% を示した。4hの粘性培地のPr区はHP；70%、CH区はNP；47% を示した。粘性培地における精子の走温性の発現が確認され、超活性化運動精子は粘性培地に適応し運動性を変化する可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
低温域から高温域に移動する精子を確認し、ウシ精子における走温性の発現を明らかにした。・39～40℃の温度勾配では高温域への精子の移動が抑制されることを確認し、低温域の精子は鞭毛角度が増大し、軌跡速度を低下しながら、高温域に移動することを明らかにした。・温度勾配区の精子は、温度一定区と比べカルシウムイオンレベルが高く、カルシウムイオン濃度は時間経過にともない有意に高く、変動が増大することを明らかにした。
・温度勾配条件でのTRPV3チャネル促進、およびTRPV4チャネル促進処理精子の高温域への移動能、および高温域でのVAP、尾部屈曲率は有意に高く、走温性の発現を再確認した。TRPV3チャネル促進処理精子の高温域でのVCL、尾部打頻度は有意に高く、LINは有意に低いことを明らかにした。・走温性発現精子の運動性の変化におけるTRPVチャネル、カリウムチャネルの関与を示唆した。・非粘性培地の0hでのPr処理では頭部を激振し遊泳（HP）精子が7%、頭部を激振し非移動（NP）精子が93% 、CH処理ではHP精子が73%, NP精子が17%であることを確認した。・粘性培地の0hでのPr処理ではHP精子が100%、CH処理ではHP精子が42%、NP精子が10%を示し、4hでのPr処理ではHP精子が70%、CH処理ではNP精子が47% であることを確認した。・温度勾配条件では、精子の高温域への移動能が高く、粘性培地における移動能は、非粘性培地と比べ低下したが、超活性化運動誘起精子の移動能の低下の程度は小さいことを明らかにした。・粘性培地におけるウシ精子の走温性の発現が確認され、超活性化運動誘起精子は粘性培地に適応し、運動性を変化する可能性が示唆された。
・走温性発現調節部位の解明が遅れている。
・走温性発現精子の受精機能の解明が遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．走温性発現および運動調節機構の解明 （ ２ ）走温性発現部位の解析：TritonX-100により除膜した精子の温度勾配における尾部の変化を解析し、精子の走温性発現調節部位を同定する。
３．走温性発現精子の受精機能の解明 （ １ ）走温性発現精子の超活性化運動の解析：超活性化運動誘起精子を粘性培地内の温度勾配に導入し、頭部および尾部の解析から、運動調節機構を解明する。（ ２ ）走温性発現精子の受精能の解析：走温性発現精子の染色性から受精能獲得を、ウシ卵子との体外受精から受精率を調べる。
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Report
(3 results)
Research Products
(3 results)
