Molelucalr Mechanisms of Regulating Sperm Function

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H04398
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 吉田 学 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (60301785)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黒川 大輔 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40342779) ; 吉田 薫 桐蔭横浜大学, 医用工学部, 准教授(移行) (70398973)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 受精 / 精子 / シグナル伝達 / カルシウム / 精嚢分泌タンパク質

Outline of Annual Research Achievements

本研究は受精過程における精子機能調節のメカニズムの解明を目的とする。本年度は下記の実験を行った。
1)マウス精子の受精能制御機構：マウス精嚢分泌タンパク質SVS2は精子の受精能獲得を抑制し、in vivoによる受精には必須である。SVS2による精子受精能獲得抑制のメカニズムを調べたところ、SVS2は精子細胞膜のコレステロールを保護する作用があることを明らかにした。一方、精漿タンパク質の中でSVS2~6は同一染色体上に存在し、SVS3、4がSVS2と近い位置を占め、さらに、SVS3とSVS4はアミノ酸配列においてもSVS2と相同性を示す。そこでSVS3とSVS4において受精能獲得に対する作用を調べた。その結果、SVS3は単独では受精能獲得を抑制しなかったが、SVS2と共処理することでSVS2単独よりも強い抑制作用を示した。また、SVS4は単独で受精能獲得を抑制した。以上のように、SVS2以外のSVSタンパク質も受精能獲得を制御しうることが示された。
2)ホヤその他の動物の精子機能調節機構：尾索動物であるホヤは受精にいたる精子機能調節は脊椎動物とほぼ同等の過程を経るが、受精能獲得過程を持っておらず、その一方で卵に対して強い走化性を示す等の特徴がある。また、精子特異的カルシウムチャネルCatSperは精子運動に深く関わることが知られている。そこで、最終的に精子を得ることを目標に、カタユウレイボヤを用い、ゲノム編集によるCatSper遺伝子のKnockdown個体の作成を試みた。まず、ホヤで普及しているTALEN法によりゲノム編集を試みたが、CatSper遺伝子に変異が挿入されなかったため、CRISPR/Cas9法に切り換えて実験をすすめ、最終的にCatSper遺伝子に変異を挿入することに成功した。また、他のホヤや硬骨魚類の精子機能調節機構の解析も行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

マウスの実験については、当初の予定通りの進捗状況である。ホヤの実験については、ゲノム編集が当初想定していたTALEN法が予期に反してうまくいかず、年度内で終わらずに予算を一部繰り越す事態となったが、その後、CRISPR/Cas9法によってゲノム編集に成功しており、当初期待していた成果を得るには至っている。

Strategy for Future Research Activity

カタユウレイボヤのゲノム編集に目処がついたことから、遺伝子変異の入った精子の運動解析を行うことを目指し、ホヤのゲノム編集実験を重点的に進める予定としている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 南ボヘミア大学(チェコ)
  • Country Name: CZECH
  • Counterpart Institution: 南ボヘミア大学
• [Int'l Joint Research] バレンシア工科大学(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: バレンシア工科大学
• [Journal Article] Staphylococcus epidermidis is involved in a mechanism for female reproduction in mice. (2015)
  • Author(s): Ono, C., Yoshida, M., Kawano, N., Miyado, K., and Umezawa, A.
  • Journal Title: Regenerative Therapy Volume: 1 Pages: 11-17
  • DOI: 10.1016/j.reth.2014.12.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Epididymal C4b-binding protein is processed and degraded during transit through the duct and is not essential for fertility. (2015)
  • Author(s): Nonaka, M.I., Zsigmond, E., Kudo, A., Kawakami, H., Yoshida, K., Yoshida, M., Kawano, N., Miyado, K., Nonaka, M., Wetsel, R.A.
  • Journal Title: Immunobiology Volume: 220 Pages: 467-475
  • DOI: doi:10.1016/j.imbio.2014.11.001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] CatSper の電位センサードメインはカルシウム透過性を持つ (2016)
  • Author(s): 有馬大貴、筒井秀和、竹下浩平、中川敦史、坂本恵香、吉田 学、岡村康司
  • Organizer: 第93回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市白石区）
  • Year and Date: 2016-03-22 – 2016-03-24
• [Presentation] CatSper has a calcium-permeable voltage sensor domain. (2016)
  • Author(s): Arima, H., Tsutsui, H., Takeshita, K., Nakagawa, A., Yoshida, M., and Okamura, Y.
  • Organizer: 60th Annual Meeting of the Biophysical Society
  • Place of Presentation: Los Angeles, CA, USA
  • Year and Date: 2016-02-27 – 2016-03-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 精漿タンパク質SVS2欠損マウスから見えてきた、精子を殺すメスの免疫機構 (2015)
  • Author(s): 河野菜摘子、康 宇鎭、吉田 薫、吉田 学、宮戸 健二
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸ポートピアホテル・神戸国際会議場・神戸国際展示場・神戸商工会議所）（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
  • Invited
• [Presentation] 卵の精子誘引物質として働くステロイドSAAF (2015)
  • Author(s): 吉田 学、村田道雄、松森信明、大石 徹
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸ポートピアホテル・神戸国際会議場・神戸国際展示場・神戸商工会議所）（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
  • Invited
• [Presentation] 水素処置によるグルコース非含有培養液により低下させたマウス精子の運動性の回復 (2015)
  • Author(s): 小野千紘、中田久美子、木島大雅、吉田 薫、吉田 学、山下直樹
  • Organizer: 第33回日本受精着床学会総会・学術講演会
  • Place of Presentation: TFTホール（東京都江東区有明）
  • Year and Date: 2015-11-26 – 2015-11-27
• [Presentation] 水素分子処置がヒト精子の運動性機能を改善するメカニズムについて (2015)
  • Author(s): 中田久美子、小野千紘、吉田 薫、吉田雅人、吉田 学、山下直樹
  • Organizer: 第33回日本受精着床学会総会・学術講演会
  • Place of Presentation: TFTホール（東京都江東区有明）
  • Year and Date: 2015-11-26 – 2015-11-27
• [Presentation] 水素分子処置による精子無力症患者の凍結融解精子の運動性の回復について（ペントキシフィリンとの比較検討） (2015)
  • Author(s): 中田久美子、小野千紘、吉田 薫、吉田雅人、吉田 学、山下直樹
  • Organizer: 第33回日本受精着床学会総会・学術講演会
  • Place of Presentation: TFTホール（東京都江東区有明）
  • Year and Date: 2015-11-26 – 2015-11-27
• [Presentation] グルコース非添加培養液により低下させたマウス精子の運動性は水素処置で改善する (2015)
  • Author(s): 小野千紘、中田久美子、木島大雅、吉田 薫、吉田 学、山下直樹
  • Organizer: 第108回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学木花キャンパス(宮崎県宮崎市)
  • Year and Date: 2015-09-17 – 2015-09-20
• [Presentation] ホヤをモデルとした受精時の卵の精子誘引機構 (2015)
  • Author(s): 吉田 学
  • Organizer: 日本動物学会第86回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-17 – 2015-09-19
  • Invited
• [Presentation] 精子走化性におけるカルシウム排出機構 (2015)
  • Author(s): 吉田 薫、吉田 学
  • Organizer: 日本動物学会第86回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-17 – 2015-09-19
• [Presentation] RNAseqによるカタユウレイボヤ卵形成過程の遺伝子発現解析 (2015)
  • Author(s): 小野千紘、稲森貴一、熊谷真彦、入江直樹、武田洋幸、吉田 薫、吉田 学
  • Organizer: 日本動物学会第86回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-17 – 2015-09-19
• [Presentation] The role of Ca2+ transport and plasma membrane Ca2+-ATPase (PMCA) activity in membrane potential alteration during Bester sperm motility. (2015)
  • Author(s): Bondarenko, O., Yoshida, M., Yoshida, K., Ono, C., Dzyuba, B. and Cosson, J.
  • Organizer: 5th Workshop on the Biology of Fish Gametes
  • Place of Presentation: Ancona, Italy
  • Year and Date: 2015-09-07 – 2015-09-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Seminal vesicle proteins control status of mouse sperm capacitation and prevent ectopic sperm capacitation (2015)
  • Author(s): Araki, N., Kawano, N., Miyado, K, Yoshida, K., and Yoshida, M.
  • Organizer: Gordon Research Conference: Fertilization and the Activation of Development
  • Place of Presentation: Holderness School, Plymouth, NH, USA
  • Year and Date: 2015-07-19 – 2015-07-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] SVS2による精子膜ステロールレベル調節を介した受精能獲得制御 (2015)
  • Author(s): 吉田 薫、荒木直也、河野菜摘子、宮戸健二、吉田 学
  • Organizer: 日本アンドロロジー学会第34回学術大会
  • Place of Presentation: 福岡大学病院 メディカルホール（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2015-06-26 – 2015-06-27
• [Presentation] 精嚢分泌タンパク質SVS3とSVS4の受精能獲得への影響 (2015)
  • Author(s): 吉田 学、荒木直也、吉田 薫、河野菜摘子、宮戸健二
  • Organizer: 日本アンドロロジー学会第34回学術大会
  • Place of Presentation: 福岡大学病院 メディカルホール（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2015-06-26 – 2015-06-27
• [Presentation] 水素分子処置による精子無力症患者の凍結融解精子の運動性の回復について（セメノジュリンの併用とペントキシフィリンとの比較検討） (2015)
  • Author(s): 中田久美子、小野千紘、吉田 薫、吉池美紀、岩本晃明、吉田雅人、吉田 学、山下直樹
  • Organizer: 日本アンドロロジー学会第34回学術大会
  • Place of Presentation: 福岡大学病院 メディカルホール（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2015-06-26 – 2015-06-27
• [Presentation] Seminal vesicle protein SVS2 acts as a protectant of sperm sterols and prevents ectopic sperm capacitation (2015)
  • Author(s): Yoshida, M., Araki, N., Kawano, N., MIyado, K, & Yoshida, K.
  • Organizer: 48th Annual Meeting of the Society for the Study of Reproduction
  • Place of Presentation: Puerto Rico Convention Center, San Juan, Puerto Rico, USA
  • Year and Date: 2015-06-18 – 2015-06-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 水素含有培養液を用いたSwim up法回収精子の運動率の改善について (2015)
  • Author(s): 中田久美子、池上加代子、中西 彩、渡邊ひとみ、阿部 睦、河野博臣、小野千紘、吉田雅人、吉田 薫、吉田 学、山下直樹
  • Organizer: 第56回日本卵子学会
  • Place of Presentation: 栃木県総合文化センター（栃木県宇都宮市）
  • Year and Date: 2015-05-30 – 2015-05-31
• [Book] Flagellar Mechanics and Sperm Guidance (2015)
  • Author(s): J.J. Cosson, A. Guerrero, A. Darszon, C. Wood, C.A. Vines, D.A. Priego-Espinosa, E.H. Smith, E.A. Gaffney, F. Griffin, G. Prokopchuk, G. Martinez-Mekler, G. Cherr, H.A. Guidobaldi, J. Carneiro, K. Inaba, K. Ishimoto, K. Shiba, L.C. Giojalas, M. Yoshida, et al.
  • Total Pages: 426 (183-207)
  • Publisher: Bentham Science Publishers