哺乳類卵の受精・胚発生を制御する亜鉛シグナルの機能解明

• Project/Area Number: 23K21283
• Project/Area Number (Other): 21H02384 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 42030:Animal life science-related
• Research Institution: Azabu University
• Principal Investigator: 伊藤 潤哉 麻布大学, 獣医学部, 教授 (30454143)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 受精

Outline of Research at the Start

申請者はこれまで栄養素の一つである亜鉛イオンの生殖機能における役割について研究を行ってきた．その中で亜鉛イオンの輸送を制御する亜鉛トランスポーターが，雌雄生殖細胞(精子・卵)の機能維持に必須な役割を持つことを明らかにしつつある．本研究では亜鉛トランスポーター遺伝子改変マウスを用いることで，生殖ライフスパンを通じた生殖細胞の維持における亜鉛イオン依存シグナルの寄与を分子レベルで明らかにする．本研究から得られる知見は，マウスのみならず畜産分野で低受胎率が起こっているウシや不妊症が加速しているヒトなど多くの哺乳類の生殖QOL向上に寄与すると考えられる．

Outline of Annual Research Achievements

体外受精に代表される生殖技術の開発により，実験動物や家畜の受精卵(胚)を効率的に体外で作製することが可能となった．それらの技術の一部はヒトの生殖医療においても用いられている．しかし，体外で生産された胚の発生能は，体内由来のものに比べて低い．その理由として卵の体外成熟および受精技術が，体内での現象を再現できていないことが考えられる．本研究では，卵の成熟や受精に重要な役割をもつと考えられる亜鉛シグナルに着目し，亜鉛イオンの輸送を制御する亜鉛トランスポーター遺伝子改変マウスを用いることで『亜鉛イオン依存的な哺乳類卵成熟・受精メカニズムを分子レベルで明らかにする』ことである．またその知見を応用し，『個体への高い発生能をもつ哺乳類卵・胚の体外生産法に応用する』ことである．
前年度の研究で作製した卵子特異的な遺伝子欠損(cKO)マウスを解析したところ，妊孕性は著しく低下し，またcKOから得られた卵子は受精は可能なものの胚盤胞への発生が著しく低下した．またcKO卵では亜鉛蛍光色素であるFluozin-3での蛍光が著しく低下していた．以上のことから，亜鉛トランスポーターはマウス卵の亜鉛イオンの取り込みに関与していること，また亜鉛トランスポーターを介した亜鉛シグナルは哺乳類の初期胚発生に重要であることが示された．またcKO卵の受精時には本来受精時に認められる亜鉛スパークが抑制されていたことから亜鉛トランスポーターは亜鉛スパークを制御していることも初めて明らかにされた．今後さらに詳細な解析を行うことで哺乳類受精・胚発生時の亜鉛シグナルの役割を明らかにしていく予定である．

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

予定していた遺伝子改変動物の作製はすでに出来ており，当初想定していた以上の解析結果も得られているためこのような評価とした．

Strategy for Future Research Activity

今後さらにcKOマウスについて詳細な解析を行うことで哺乳類受精・胚発生時の亜鉛シグナルの役割を明らかにしていく予定である．特に原始卵胞を用いた体外培養および遺伝子発現の網羅的解析(RNAseq)を行う予定である．

Research Products

• [Journal Article] Recent advances of oocyte/embryo vitrification in mammals from rodents and large animals (2024)
  • Author(s): Kamoshita Maki、Sugita Hibiki、Kageyama Atsuko、Kawata Yui、Ito Junya、Kashiwazaki Naomi
  • Journal Title: Animal Science Journal Volume: 95 Issue: 1
  • DOI: 10.1111/asj.13931
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A combined treatment with progesterone, anti-inhibin serum, and equine chorionic gonadotropin improves number of ovulated oocytes in young C57BL/6J mice (2023)
  • Author(s): KAGEYAMA Atsuko、TSUCHIYA Mizuho、TERAKAWA Jumpei、ITO Junya、KASHIWAZAKI Naomi
  • Journal Title: Journal of Reproduction and Development Volume: 69 Issue: 4 Pages: 223-226
  • DOI: 10.1262/jrd.2023-036
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Successful Production of Offspring Derived from Phospholipase C Zeta-Deficient Sperm by Additional Artificial Activation (2023)
  • Author(s): Hirose Naoki、Kikuchi Yasuyuki、Kageyama Atsuko、Sugita Hibiki、Sakurai Miu、Kawata Yui、Terakawa Jumpei、Wakayama Teruhiko、Ito Junya、Kashiwazaki Naomi
  • Journal Title: Life Volume: 13 Issue: 4 Pages: 980-980
  • DOI: 10.3390/life13040980
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Uterine epithelial Gp130 orchestrates hormone response and epithelial remodeling for successful embryo attachment in mice (2023)
  • Author(s): Namiki Takafumi、Terakawa Jumpei、Karakama Harumi、Noguchi Michiko、Murakami Hironobu、Hasegawa Yoshinori、Ohara Osamu、Daikoku Takiko、Ito Junya、Kashiwazaki Naomi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 854-854
  • DOI: 10.1038/s41598-023-27859-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Successful production of offspring derived from mouse zygotes vitrified with carboxylated ε-poly-L-lysine and polyvinyl alcohol without serum (2023)
  • Author(s): ISHII Midori、KAMOSHITA Maki、KURIHARA Yoshihiro、MATSUMURA Kazuaki、HYON Suong-Hyu、ITO Junya、KASHIWAZAKI Naomi
  • Journal Title: Journal of Reproduction and Development Volume: 69 Issue: 1 Pages: 53-55
  • DOI: 10.1262/jrd.2022-121
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dynamic changes of intracellular zinc ion level during maturation, fertilization, activation, and development in mouse oocytes (2022)
  • Author(s): Kageyama Atsuko、Suyama Ayumi、Kinoshita Ruka、Ito Junya、Kashiwazaki Naomi
  • Journal Title: Animal Science Journal Volume: 93 Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1111/asj.13759
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Utility of progesterone receptor‐ires‐Cre to generate conditional knockout mice for uterine study (2021)
  • Author(s): Namiki Takafumi、Kamoshita Maki、Kageyama Atsuko、Terakawa Jumpei、Ito Junya、Kashiwazaki Naomi
  • Journal Title: Animal Science Journal Volume: 92 Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1111/asj.13615
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Highly successful production of viable mice derived from vitrified germinal vesicle oocytes (2021)
  • Author(s): Kamoshita Maki、Fujiwara Katsuyoshi、Ito Junya、Kashiwazaki Naomi
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 16 Issue: 3 Pages: e0248050-e0248050
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0248050
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] マウス卵における異なる受精法および卵活性化法が卵内亜鉛イオン量におよぼす影響 (2022)
  • Author(s): 木下瑠夏・影山敦子・寺川純平・伊藤潤哉・柏崎直巳
  • Organizer: 第27回日本臨床エンブリオロジスト学会
• [Presentation] マウス卵成熟時における亜鉛イオンの蓄積は，受精後の胚発生に重要である (2021)
  • Author(s): 影山敦子・伊藤潤哉・柏崎直巳
  • Organizer: 第39回日本受精着床学会総会・学術講演会
• [Presentation] マウス卵の成熟，受精および胚発生時における亜鉛イオンの変化 (2021)
  • Author(s): 影山敦子・伊藤潤哉・柏崎直巳
  • Organizer: 第22回日本亜鉛栄養治療研究会学術集会
• [Presentation] マウスにおける亜鉛トランスポーターを介した卵・胚内亜鉛イオン量の制御機構 (2021)
  • Author(s): 伊藤潤哉・影山敦子・寺川純平・柏崎直巳
  • Organizer: 第32回日本微量元素学会学術集会