Regulation of IZUMO1-JUNO in mammalian gamete fusion

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K15128
• Research Institution: Fukushima Medical University
• Principal Investigator: 齋藤 貴子 福島県立医科大学, 医学部, 助教 (10778038)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 受精 / 膜融合 / 遺伝子改変マウス / 精子 / 卵子

Outline of Annual Research Achievements

精子と卵子がどのようにしてお互いを認識し融合し始めるのか、現段階ではその仕組みのほんの一端しか解明されいない。哺乳類の受精では、精子と卵子の膜融合が精子細胞膜上のIZUMO1と卵子細胞膜上のJUNOの相互作用を介して引き起こされている。本研究ではIZUMO1とJUNOを足がかりに、配偶子間融合の作用機構を分子レベルで解き明かすことを目的にしている。
IZUMO1-JUNO制御系の機構解明に向けて、IZUMO1-JUNO複合体の立体構造から明らかになった“IZUMO1-JUNOの相互作用に必須なアミノ酸残基”に変異を挿入した、変異型IZUMO1トランスジェニックマウスと変異型JUNOノックインマウスを作製した。これらのマウスは変異型IZUMO1あるいは変異型JUNOを持つため、IZUMO1やJUNOを欠損させたことで他分子が影響を受けてしまい本来の表現型を観察できないという懸念を最小限にすることができる。これらの遺伝子改変マウスの表現型はIZUMO1-JUNO制御系に直接関わる形質であり、IZUMO1とJUNOだけが結合出来なかった場合どのような生理学的影響が起こるのかを詳しく検証することが可能となった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

変異型IZUMO1トランスジェニックマウスと変異型JUNOノックインマウスを作製し、それらの表現型解析を行った。抗IZUMO1抗体と抗JUNO抗体を用いた局在解析から、変異の入ったIZUMO1もJUNOも正しくフォールディングされ適切な場所に配置されていることを確認した。IZUMO1-JUNOの結合部位をそれぞれ1残基置換すると、変異型IZUMO1を持つマウスは雄性不妊に、変異型JUNOを持つマウスは雌性不妊を示した。また、体外受精においてもこれらの遺伝子改変マウス由来の配偶子は受精には至らなかった。さらに配偶子融合の能力を検証するため融合アッセイを行ったところ、IZUMO1-JUNOの相互作用が配偶子融合開始に必要不可欠であることが示された。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究から、JUNOとの相互作用によってIZUMO1の構造変化が引き起こされることが示唆されている（Inoue N et al, Nat Commun 2015）。JUNOとの相互作用に必須なアミノ酸残基にミューテーションを挿入した変異型IZUMO1はJUNOに結合することが出来ない。よってJUNOによるIZUMO1の構造変化も引き起こらないはずである。IZUMO1-JUNO相互作用によって惹起される分子機構を明らかにするため、今後は本研究で作製した遺伝子改変マウスを用いてIZUMO1の構造変化および作用機構の解析を進める。

Causes of Carryover

本年度は計画通りの経費の執行を行ったが、前年度までの未使用額分が次年度使用額となった。また新型コロナウィルス感染予防のため参加予定であった学会がオンライン開催となり、予定していた旅費を次年度に持ち越すことになった。