2017 Fiscal Year Annual Research Report
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17J08368
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| Research Institution | The Graduate University for Advanced Studies |
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Principal Investigator |
平野 高大 総合研究大学院大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 精子形成 / 温度 / 恒温動物 / 生殖学 / 器官培養系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多くの哺乳類の精巣は陰嚢内（３４度）にあり、腹腔温（３８度）よりも４度程度低く保たれている。マウスでは精巣を手術で腹腔へと引き上げた人工停留精巣において、精子形成は停止する。このため、高温環境では精子形成が障害されると考えられてきた。しかし、人工停留精巣の実験は温度以外の要因の排除が不可能であり、その精子形成障害の原因が高温環境であるかは、必ずしも明らかになっていない。
一方、哺乳類同様に恒温脊椎動物である鳥類の精巣は腹腔内にあるため、「鳥類の精子形成は高温環境で進行する」という考えが定説である。しかし、鳥類特有の呼吸器（気嚢）により精巣は冷却されており、気流を阻害すると精子形成が障害を受けるという報告もあり、この定説は再検討の余地を残している。
従来、これら恒温脊椎動物の精子形成と温度の関係を正確に検証することは不可能であった。しかし、本研究では、近年開発された精巣器官培養系を用いることによって実現した、温度のみを変化させた時に精子形成に及ぼす影響の評価を行っている。
本年度は、1.精巣器官培養を用いて、温度の違いがマウスおよび鳥類の精子形成に与える影響を解析する計画で研究を遂行した。その結果、マウス精子形成は、温度のみの影響で精子形成障害が引き起こされることを証明する実験結果を得た。また今まで漠然と高温障害と言われた現象が、分化段階ごとに異なる温度閾値が存在する複合現象であることが明らかとなった。一方鳥類精子形成は、定説通り高温環境下でも進行することを示唆するデータを得た。本研究は、哺乳類精子形成が低温で進行する生物学的の解明に深い洞察を与えると考えている。
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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
本年度は、哺乳類精子形成が温度のみの影響で障害を受けるかを、器官培養を用いて詳細に解析した。平成２９年度までに行った予備的な実験の結果、以下のような示唆が得られていた。
①３４度（実測に基づく精巣温）で精巣片を５週間培養した場合、生殖細胞は最終段階の伸長精子細胞まで分化する。②３８度（実測に基づく腹腔温）場合、最も分化した生殖細胞は初期精母細胞で、伸長精子細胞と円形精子細胞が失われる。③３７度の場合、最も分化した生殖細胞は後期精母細胞となる。④４０度の場合、全ての生殖細胞が失われる。これらにより、温度のみの影響で精子形成障害が引き起こされることが証明された。
①定常呼吸時のウズラの精巣温は４１.５度であり、腹腔温は４２度である。②気嚢を破壊すると、精巣温は腹腔温と同等の温度（４２度）になる。③気嚢を破壊した個体の精巣の生殖細胞は伸長精子細胞まで分化する。④開発中のニワトリ精巣器官培養系において、４２度で精巣片を３週間培養した際、生殖細胞は減数分裂を開始する。以上の結果は、鳥類では高温条件下でも精子形成が進行することを示唆するものであった。
平成２９年度は、以下のような結果を得た。
マウス精巣培養条件を最適化し、上記の実験を再試行した。その結果、上記の予備的結果が正しいことが確認された。さらに高温条件が減数分裂に与える影響を詳細に調べるために、減数分裂期染色体スプレット法を用いて解析を行った。その結果、３８度で培養した時の最も分化の進んだステージは第一減数分裂前期のザイゴテン期（相同染色体の対合が進行途上にある段階）であり、３７度では、ザイゴテン期の次のパキテン期（相同染色体の対合が完了し、相同組み替えが起こる段階）まで進行していた。この結果は、わずか1度の温度差が、明確に異なる精子形成障害を引き起こすことを意味する。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度までの成果により、哺乳類の精子形成は温度のみの影響で精子形成障害が引き起こされることが証明されたと考えている。さらに、わずか1度の温度差が、明確に異なる精子形成障害を引き起こすことは興味深い。
平成３０年度はこれらの成果を受け、温度変化に応答して精子形成を停止させるメカニズムの探索を行う。既知の温度センサータンパク質分子で、わずか１度の温度差を感受できるものは知られていない上に、温度センサーとして機能するTrpv1, Tripv4変異体及びこれらの２重変異体を用いた解析の結果は、これらが精子形成の構音障害における温度センサーとして機能していないことを示唆している（未発表データ）。
そこで計画に従い、哺乳類と鳥類の精巣を様々な温度で培養した時の網羅的な遺伝子発現プロファイルをオーソログ解析により比較することで、哺乳類精子形成の温度感受性を引き起こす新規分子メカニズムの解明に挑戦する。また、様々な温度で培養した時と類似した精子形成異常を示す変異マウスを検索し、その原因遺伝子と高温障害の関係を評価する。
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Research Products
(3 results)
