2022 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidating the chemotactic response of sperm in a dioramic environment
| Project Area | Advanced mechanics of cell behavior shapes formal algorithm of protozoan smartness awoken in giorama conditions. |
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| Project/Area Number |
21H05304
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
柴 小菊 筑波大学, 生命環境系, 助教 (70533561)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
稲葉 一男 筑波大学, 生命環境系, 教授 (80221779)
守田 昌哉 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 准教授 (80535302)
吉田 学 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (60301785)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| Keywords | 精子運動 / 受精 / 生殖 / 海産生物 / 3D遊泳 / カルシウムイメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本領域では、細胞レベルで発現する巧みな環境・状況適応能力の探索、理解を目的としており、本計画研究においては卓越した運動能力を持つ精子に着目し、研究を実施している。精子は、さまざまな外的環境因子に対して多様な応答を示し、受精という最終目標に到達する。精子走化性応答に着目し、誘引物質濃度勾配存在下におけるカタユウレイボヤ精子の運動、遊泳方向変換をもたらす鞭毛波形変化、シグナル受容を測定し、応答メカニズムの解析を行った。またサンゴ、魚類、巻貝に関する生殖戦略、精子運動制御機構に関する研究を分担者と協力して進めた。領域内の他班とともに、3次元的な精子遊泳を解析するためのシステム構築や精子走化性遊泳のシミュレーション、アルゴリズム構築に取り組んだ。昨年度納入予定だった機器が導入され、精子3Dトラッキングシステムによる走化性遊泳軌跡解析、高感度冷却CCDカメラによる細胞内カルシウム濃度の可視化が可能となった。
研究成果としては、分担者稲葉、代表者柴らは巻貝の生殖戦略の一つである精子二型について核をもたない異型精子の構造と運動についての新たな知見をFront Cell Dev Biol誌に発表した。また鞭毛繊毛の波形解析技術や構造解析技術を応用した研究の成果をCurrent Biology誌に発表した。分担者の守田らはサンゴの環境適応に関する研究結果や共同研究成果をCommun Biol誌等に発表した。今年度から参画した分担者の吉田は魚類精子の運動制御やホヤ走化性のシグナリングに関わる研究成果をAquaculture誌、Journal of Experimental Zoology Part B誌に発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「ジオラマ環境下における精子走化性の応答計測とメカニズムの解明」を研究課題とし、研究代表者らによって分子機構の解明が進んでいるホヤ精子の応答解析を基盤とし、サンゴ、巻貝、魚類を含めた海産生物精子の運動制御機構について研究を進めている。今年度はホヤ精子3Dトラッキングシステムを構築し、精子のらせん遊泳、走化性時の方向変換について実際の受精環境に近い条件での精子遊泳の測定が可能となった。現在遊泳軌跡の解析結果をまとめるとともに、鞭毛波の３D構築に取り組んでいる。走化性シグナリングに関わる因子であるcAMP合成酵素の局在解析を行った。これらの結果は論文投稿準備中である。分担者守田らは海洋生態系において重要な役割を持つサンゴの環境適応に関する解析結果を報告し、分担者稲葉と代表者柴らは、巻貝異型精子の構造、運動に関する研究成果を報告した。分担者の吉田は、魚類精子運動に関する共同研究、ホヤ精子誘引物質受容機構に関する解析結果について報告するとともに、代表者柴、分担者稲葉らと、ホヤ精子走化性機構に関わる分子の機能解析のための共同研究を開始している。領域他班との連携も順調に進捗しており、精子遊泳の３Dトラッキングシステムの構築、らせん遊泳解析などについて協力を得た。今年度から開始した公募班への解析支援も2件開始している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究代表者が確立してきたシステムにより、走化性応答時のホヤ精子の遊泳軌跡変化と細胞内カルシウム濃度変化を同時に解析することでホヤ精子が誘引物質を感知してから鞭毛運動を変化させ方向変換を引き起こす全過程を追うことが可能である。これまでの研究進捗により精子遊泳の３Dトラッキングや高精度でのカルシウムイメージングが可能となった。これらの実験系で得られた画像、遊泳軌跡、波形、細胞内カルシウム濃度のデータを領域内他班に提供し、精子走化性応答の数理モデル化、シミュレーションを依頼し、適切なパラメータ抽出のためのデータ取得、解析の効率化を進める。実際の受精環境を模擬したジオラマ環境下での精子応答を計測、解析することで、これまで見出すことのできなかった卓越した精子の行動力、運動能力、適応力の理解を目指す。ホヤ以外の生物種の精子運動、受精メカニズムの解明についても引き続き分担者と協力して解析を進める予定である。また領域計画班、公募班に対する技術支援、生物提供なども積極的に進めていきたい。
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