The study of the effects of liquid-liquid phase separation on embryo implantation

• Project/Area Number: 21K14965
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 42010:Animal production science-related
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 松野 雄太 東海大学, 総合農学研究所, 特任助教 (70868851)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
• Keywords: 着床 / 受胎率 / 子宮内環境 / 天然変性タンパク質 / 液-液相分離

Outline of Research at the Start

哺乳類が次世代を育むためには，妊娠が必須である.妊娠には，受精卵の子宮への着床が必要であるが，半数以上の初期胚は着床せずに不受胎となる.そのため，妊娠率向上のために着床を制御するメカニズムを明らかにする必要がある.これまで，着床に関わる様々な遺伝子が同定されてきたが，それらが正常に機能する子宮内の生理環境は明らかとされていない.そこで，本研究は，液-液相分離に着目し，子宮内の生理環境が着床に及ぼす影響を明らかにすることを大きな目的とし，着床期の子宮内に発現する天然変性タンパク質の液-液相分離が着床に及ぼす影響を明らかにする.

Outline of Annual Research Achievements

哺乳類が次世代を育むためには，妊娠が必須である。妊娠には、受精卵の子宮への着床が必要であるが、半数以上の初期胚は着床せずに不受胎となる。そのため、妊娠率向上のために着床を制御するメカニズムを明らかにする必要がある。これまで、着床に関わる様々な遺伝子が同定されてきたが、それらが正常に機能する子宮内の生理環境は明らかとされていない。そこで、本研究は、液-液相分離に着目し、子宮内の生理環境が着床に及ぼす影響を明らかにすることを大きな目的とし、着床期の子宮内に発現する天然変性タンパク質の液-液相分離が着床に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。
本年度は、当研究室で実施した着床期のヒツジ栄養膜細胞とヒツジ子宮内膜細胞のRNAシークエンスデータを解析し、着床期に高発現する遺伝子についてアミノ酸配列を用いた解析方法によって着床期の子宮内において液液相分離する天然変性タンパク質の同定を試みた。
まず、RNAシークエンス解析によって得られた着床期のヒツジの子宮内で高発現する遺伝子の翻訳産物についてPrediction Of Naturally Disordered Regions計算法を用いて天然変性領域を有するタンパク質を抽出した。これら天然変性領域をもつタンパク質を液液相分離する天然変性タンパク質の候補とし、蛍光免疫組織化学染色法を用いて着床期のヒツジ子宮内における相分離状態を同定することを試みた。候補としたタンパク質のうち、市販品の抗体が入手可能であったCdx2 caudal type homeobox 2（CDX2）とestrogen receptor 2（ESR2）について蛍光免疫組織化学染色法を実施したが、実施した条件では液液相分離をした様子は観察されなかった。
また、予定していた試験管実験を用いた実験については未だ実施できていないため、条件が決定出来次第取り組む予定である。

Research Products

• [Journal Article] Characterization of Serum Metabolome and Proteome Profiles Identifies SNX5 Specific for Pregnancy Failure in Holstein Heifers (2022)
  • Author(s): Kusama Kazuya、Bai Rulan、Matsuno Yuta、Ideta Atsushi、Sakurai Toshihiro、Nagaoka Kentaro、Hori Masatoshi、Imakawa Kazuhiko
  • Journal Title: Life Volume: 12 Issue: 2 Pages: 309-309
  • DOI: 10.3390/life12020309
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Characterization of lncRNA functioning in ovine conceptuses and endometria during the peri-implantation period (2022)
  • Author(s): Matsuno Yuta、Kusama Kazuya、Imakawa Kazuhiko
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 594 Pages: 22-30
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.01.064
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Epithelial-mesenchymal transition and bi- and multi-nucleated trophoblast cell formation in ovine conceptuses during the peri-implantation period (2022)
  • Author(s): Yamada Ayami、Ohtsuki Kaito、Shiga Natsumi、Green Jonathan A.、Matsuno Yuta、Imakawa Kazuhiko
  • Journal Title: Journal of Reproduction and Development Volume: 68 Issue: 2 Pages: 110-117
  • DOI: 10.1262/jrd.2021-088
  • NAID: 130008139556
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Characterization of long non-coding RNA (lncRNA) profiles of the ovine conceptuses and endometria during the early implantation period (2021)
  • Author(s): Yuta Matsuno, Kazuhiko Imakawa
  • Organizer: Society for the Study of Reproduction
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒツジ栄養膜細胞が着床期特異的に発現するホスホリパーゼ阻害タンパク質の機能解析 (2021)
  • Author(s): 松野雄太、今川和彦
  • Organizer: 日本畜産学会第129回大会