ヒトゲノム内在性ウイルス配列によるX精子運動能制御の解明

• Project/Area Number: 22K09474
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 56030:Urology-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 林 哲太郎 広島大学, 医系科学研究科(医), 専門研究員 (60612835)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野村 俊仁 広島大学, 病院(医), 助教 (00882060) ; 小畠 浩平 広島大学, 病院(医), 助教 (10749998) ; 池田 健一郎 広島大学, 医系科学研究科(医), 助教 (50624863) ; 坂口 剛正 広島大学, 医系科学研究科(医), 教授 (70196070) ; 大毛 宏喜 広島大学, 病院(医), 教授 (70379874)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 内在性ウイルス配列 / TLR7/8 / レトロトランスポゾン / 精子運動能

Outline of Research at the Start

ヒトゲノムの約8％は内在性ウイルス配列で占められており、生物は感染したウイルス遺伝子をゲノムに組み込むことで進化してきたと考えられる。一方で、内在性ウイルス配列の生体内での機能はほとんど解っていない。TLR7/8はRNAウイルスの受容体で、X精子に発現しY精子で発現が無く、精子の運動能に関与する。私たちは、TLR7/8がウイルスを感知することでX精子の運動能が低下することを利用して、ウイルス配列のX精子への作用を調べ、内在性ウイルス配列の生殖能への影響を解明することを目的とした。内在性ウイルス配列の機能をX精子で評価することは世界初の試みであり、精子における内在性ウイルスの機能解明を促進する画期的な研究となる。

Outline of Annual Research Achievements

ヒトゲノムの約8%は「内在性ウイルス配列」で占められており、生物は感染したウイルス遺伝子をゲノムに組み込むことで進化してきたと考えられる。一方 で、「内在性ウイルス配列」の生体内での機能はほとんど解っていない。哺乳類の性別は、X染色体とY染色体によって決定され、受精時に卵とX染色体をもつ精子(X精子)が受精することで雌(XX)に、Y染色体をもつ精子(Y精子)と受精することで雄(XY)となる。TLR7/8はRNAウイルスの受容体で、X精子に発現し、Y精子で発現が無く、精子の運動能に関与することが報告された。TLR7/8がウイルスを感知することでX精子の運動能が低下することを利用して、ウイルス配列のX精子への作用を調べ、「内在性ウイルス配列」の生殖能への影響を解明することを目的としている。
精液検査時のヒト精子を用いて精子の培養と保存、精子の運動能を評価している。時間の経過とともに精子の運動能は低下すること、精子の運動エネルギー供給が統一されているかが重要であり、条件設定も行なっている。TLR7/8の発現が確認された腎癌細胞株Caki-1, caki-2, ACHN用いて、TLR7/8のアゴニストであるR848 と、TLR7単独のアゴニストであるR837を用いた実験を行なった。下流シグナルとしてリン酸化 NFkBやリン酸化GSK3a/bの発現変化をWB法で評価することで、正確にR848とR837のアゴニストとしての効果を確認した。精巣腫瘍や前立腺癌での精巣摘除術の精巣標本を用い、精巣内の精母細胞から精子まで免疫組織科学的検討を施行し、年齢やテストステロン値とTLR7/8の発現の関係を確認した。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

同時に複数の条件が揃ったヒト精子を入手することが難しく、またヒト精子の保存と実験の条件設定を揃えることが難しく、ヒトX精子での研究が進んでいない。細胞株での研究で条件設定を行うこと、ヒト精子の保存、培養の方法確立で乗り越えようとしている。

Strategy for Future Research Activity

ヒトX精子でのTLR7/8の局在は調べられておらず、免疫染色法とImmuno-FISH法を用いて、ヒトX精子でTLR7とTLR8の局在を同定することが優先度が高い研究と考えている。マウスX精子ではTLR7は“尾部”、TLR8が“中片部”に存在している。“尾部”は精子の運動を制御し、“中片部”はエネルギーであるアデノシン3リン酸(ATP)を生産するミトコンドリアを数多く含む。局在の同定がTLR7/8の精子における機能を同定することに役立つと考えている。
さらに、ヒトX精子とY精子に対して、TLR7/8のアゴニストであるR848と、TLR7単独のアゴニストであるR837を用いて、ヒト精子におけるTLR7とTLR8の各々の機能的特性を評価する。マウス精子ではTLR7/8の局在と、ATP産生低下に伴う運動能低下が報告されている。ヒト精子では運動能だけでなく、下流シグナルとしてリン酸化NFkBやリン酸化GSK3a/bの発現変化でもTLR7/8の機能を評価する。次に、外因性のウイルスとしてはB型肝炎ウイルス(HBV)とC型肝炎ウイルス(HCV)、 非レトロウイルス型の内在性ウイルス配列としてボルナ病ウイルスとヒトヘルペスウイルス6(HHV-6AとHHV-6B)をヒト精子と共培養して、X精子とY精子の運動能 や下流シグナルの評価を行う。