Studies on the mechanisms of ascidian fertilization
Project/Area Number |
20K06621
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 44010:Cell biology-related
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Research Institution | Kinjo Gakuin University |
Principal Investigator |
澤田 均 金城学院大学, 生活環境学部, 教授 (60158946)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 貴子 静岡大学, 農学部, 助教 (10778038)
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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 |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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Keywords | 受精 / ホヤ / 自家不和合性 / 自家不稔 / ライシン / 精子 |
Outline of Research at the Start |
精子と卵の相互作用で開始される受精現象は、種認識や同種異個体細胞認識(雌雄同体生物の場合)など、様々なプロセスで巧妙に制御されることにより、単精受精を可能にしている。しかし、その受精の分子メカニズに関しては未だに不明な点が多い。本研究では、配偶子調製と受精実験の容易な海産無脊椎動物ホヤ(脊索動物)を用いて、受精機構の解明を目指す。特に、卵黄膜に精子通過孔を開ける卵黄膜ライシンに関する研究と、雌雄同体のホヤが自家受精を防ぐ自家不和合性機構の研究に焦点を絞る。この2点の研究を通して、ホヤの受精機構に関する理解を深め、哺乳類を含む新口動物全体における受精の共通原理の解明を目指す。
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Outline of Annual Research Achievements |
<ライシンについて>マボヤでは卵黄膜のHrVC70が精子酵素によって細胞外でユビキチン化され精子プロテアソームによって分解されることを報告している。そこで、カタユウレイボヤ精子を用いて、精子膜表面や精子滲出液のプロテオーム解析を行ったが、プロテアソームサブユニットは検出されていない。一方、精子細胞表面にアスタシン様金属プロテアーゼ(Tast)が豊富に存在することがプロテオーム解析により判明した。Tast阻害剤GM6001は正常卵の受精を強く阻害するが卵膜除去卵の受精を阻害しないこと、卵膜を精子で処理すると、卵膜成分の分解が見られ、それがGM6001によって阻害されることから、Tastが直接または間接的にライシンとして機能していることが考えられる。一方、マボヤにおいてもGM6001とその誘導体は、マボヤ正常卵の受精も阻害し、卵膜除去卵の受精は阻害しないことから、精子の卵膜通過にTastが関わることが示された。さらにその標的は、マボヤ卵黄膜成分ヴィテロジェニンであることが示唆された。今回、マボヤの受精におよぼす脱ユビキチン化酵素阻害剤の影響も検討したところ、それらは受精を強く阻害することが初めて示された。ユビキチン化されたVC70を分解する際に脱ユビキチン化酵素も機能していると考えられる。 <自家不和合性について>カタユウレイボヤにおけるs-Themisとv-Themisの相互作用の解明を目指して、s-Themisの遺伝子発現条件を検討している。最近、予備実験ながら、s-Themis断片組換え体の効率的発現に成功したので、今後の解析の突破口としたい。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
マボヤに関しては、宮城県女川湾で養殖しているC型マボヤ(12月-2月の昼に放精放卵するタイプ)を従来から使用していたが、女川湾では「被嚢軟化症」という一種のマボヤ感染症が蔓延しており、大問題となっている。女川湾でマボヤを購入して、青森市浅虫にある東北大学大学院理学研究科附属浅虫海洋生物学教育研究センターに陸路移動して施設内で大量飼養することに対しては、感染拡大を防止するため浅虫の地元漁師が反対しており、従来のような精子と卵の大量調製が困難になってきている。浅虫の漁協でもマボヤの養殖を試みているが、成功していない。したがって、今回は、朝に産卵するA型マボヤを浅虫の漁師から少量購入し、東北大学の施設で飼養していただいた。しかし、購入量に限界があるため、大量調製することができない。これらの理由により、研究の進展は当初の予定より遅れているのが現状である。
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Strategy for Future Research Activity |
<卵黄膜ライシンについて>ホヤ精子のライシンに関しては、不明な点が多く残されている。カタユウレイボヤでは、LC/MSによるプロテオーム解析により、Thromobospondin Type-1-repeatをもつアスタシン様金属プロテアーゼ(Tast)が精子細胞膜に多く存在することを明らかにしている。また、複数のtast遺伝子が精巣で発現しており、そのうち少なくとも4個はN末端付近に膜貫通ドメインを有することも見出した。さらに、Tastの標的はCiVC57というHrVC70のホモログであることも示唆されている。一方、ゲノム編集によりこの酵素遺伝子の破壊を試みたところ、孵化の遅延と変態異常が観察され、成体にまで発生しないことから、この方法で受精における機能解析を行うことは困難であることが示された。今後の課題としては、この酵素の実体解明と、抗体を用いた局在性が挙げられる。また、マボヤでも同様の現象が確認されたことから、マボヤ精子からのTastの精製と性状解析ならびに局在性解析と基質探索が課題である。 <自家不和合性に関して>カタユウレイボヤに関しては、s/v-Themis組換え体遺伝子の発現条件の検討を行い、アレル特異的タンパク質間相互作用が見られるか否かを明確に示す。立体構造をAlfaFold2で予測し、立体構造面からの裏付けも検討する。
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Report
(3 results)
Research Products
(10 results)
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[Journal Article] A dynein-associated photoreceptor protein prevents ciliary acclimation to blue light2021
Author(s)
Kutomi O, Yamamoto R, Hirose K, Mizuno K, Nakagiri Y, , , , , , , Shibata D, Shibata M, Shiba K, Kita M, Kigoshi H, Tanaka Y, Yamasaki Y, Asahina Y, Song C, Nomura M, Nomura M, Nakajima A, Nakachi M, Yamada L, Nakazawa S, Sawada H, Murata K, Mitsuoka K, Ishikawa T, Wakabayashi K, Kon T, Inaba K
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Journal Title
Science Advances
Volume: 7
Issue: 9
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Phylogenetic comparisons reveal mosaic histories of larval and adult shell matrix protein deployment in pteriomorph bivalves2020
Author(s)
Ran Zhao, Takeshi Takeuchi, Ryo Koyanagi, Alejandro Villar-Briones, Lixy Yamada, Hitoshi Sawada, Akito Ishikawa, Shunsuke Iwanaga, Kiyohito Nagai, Yuqi Che, Noriyuki Satoh, Kazuyoshi Endo
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 10(1)
Issue: 1
Pages: 22140-22140
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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