１細胞解析系と性転換モデルによる魚類生殖腺の性的可塑性に関する分子機構の解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H03049
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 太田 耕平 九州大学, 農学研究院, 教授 (10585764)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荻野 由紀子 九州大学, 農学研究院, 准教授 (00404343) ; Chakraborty Tapas 九州大学, 農学研究院, 助教 (70715440) ; Mohapatra Sipra 九州大学, 農学研究院, 学術研究員 (80715441)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 性的可塑性 / 魚類 / 生殖幹細胞 / 性転換 / シングルセル解析

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、シングルセル解析系を性転換モデルに導入し、魚類の成体生殖腺の性的可塑性の起点となると考えられる生殖幹細胞および未分化体細胞を詳しく解析することにより、細胞集団に含まれる個々の細胞の性的可塑性に関わる機能、および生殖腺の転換に関わる細胞変化のメカニズムを明らかにする。本年度は生殖腺の性的可塑性の起点となる生殖幹細胞および未分化体細胞について、シングルセル解析に基づいた細胞の遺伝子発現パターンと性転換に伴う変化を明らかにした。
具体的には、生殖幹細胞については、卵巣ではoct4の発現に特徴付けられる細胞が多数を占め、性転換の開始に伴いoct4に加えてnanogを特徴的に発現する細胞群が顕著に増加した。一方、未分化体細胞については、卵巣ではoct4とsox9の特徴的な発現を示す細胞集団として存在し、それに加えてfoxl2を発現する細胞集団も認められた。さらに性転換の開始に伴い、それらの細胞集団に加えてdmrt1を発現する細胞集団が出現した。このことから、卵巣から精巣への転換に伴い、未分化体細胞を起点として顆粒膜細胞への分化パターンから、セルトリ細胞への分化パターンへと切り換えが起こることが示唆された。
さらに、雌雄異体魚の海産モデル魚であるカタクチイワシについても卵巣と精巣においてOct4を発現する生殖幹細胞の存在が認められ、その単離、培養に成功している。また、in vitroの器官培養実験を行った結果、ホシササノハベラでは卵巣組織から精巣組織への変化が起こるのに対し、カタクチイワシでは卵巣組織が維持されたことから、生殖腺体細胞に機能的な違いがあることが考えられた。さらに、小型モデル魚のメダカにおいては性ステロイド受容体のノックアウト系統などを用いた解析から、エストロゲンが生殖腺形成時の生殖細胞の性差に関与していることを明らかにした。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Southwest University(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: Southwest University
• [Journal Article] Evolutionary differentiation of androgen receptor is responsible for sexual characteristic development in a teleost fish (2023)
  • Author(s): Ogino Yukiko、Ohta Kohei（22人中15番目）
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Pages: 1428
  • DOI: 10.1038/s41467-023-37026-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Divulging the social sex change mechanism in a unique model system for studying the sexual plasticity of protogynous hermaphrodite fish, three bamboo leaf wrasse (Pseudolabrus sieboldi) (2022)
  • Author(s): Chakraborty Tapas、Yamamoto Yume、Hanai Shoma、Hirano Mayumi、Mohapatra Sipra、Yamaguchi Akihiko、Takeda Tatsusuke、Matsuyama Michiya、Ohta Kohei
  • Journal Title: Frontiers in Marine Science Volume: 9 Pages: 1048506
  • DOI: 10.3389/fmars.2022.1048506
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sex Lethal Gene Manipulates Gonadal Development of Medaka, Oryzias latipes, through Estrogenic Interventions (2022)
  • Author(s): Chakraborty Tapas、Mohapatra Sipra、Matsuyama Michiya、Nagahama Yoshitaka、Ohta Kohei
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Pages: 15496～15496
  • DOI: 10.3390/ijms232415496
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Gonadal stem cell: a possible solution of futuristic aquaculture (2023)
  • Author(s): Tapas Chakraborty, Sota Kawao, Kodai mizumura, Akira Eguchi, Sipra Mohapatra, Takehiko Itoh, Atsushi Toyoda, Naoki Nagano, Kohei Ohta, Michiya Matsuyama
  • Organizer: 令和5年度日本水産学会春季大会
• [Presentation] Involvement of the pituitary gland in social-environment-dependent sex change (2022)
  • Author(s): Yume Yamamoto, Shoma Hanai, Tapas Chakraborty, Astushi Toyoda, Takehiko Itoh, Michiya Matsuyama, Yoshitaka Nagahama, Kohei Ohta
  • Organizer: International Conference on Responsible Aquaculture and Sustainable Fisheries Interact
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gonadal stem cells in a sex changing fish, Pseudolabrus sieboldi (2022)
  • Author(s): Kodai Mizumura, Tapas Chakraborty, Kazuki Tateyama, Shoma Hanai, Yoshihara Yuya, Yume Yamamoto, Sipra Mohapatra, Yumiko Yamasaki, Atsushi Toyota, Takehiko Itoh, Michiya Matsuyama, Yoshitaka Nagahama, Kohei Ohta
  • Organizer: The International Symposium “Totipotency and Germ cell Development”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 海産魚における生殖幹細胞の長期培養法 (2022)
  • Author(s): 水村航大, Chakraborty Tapas, 八尋逸清, 太田耕平, 長濱嘉孝, 松山倫也
  • Organizer: 令和4年度日本水産学会秋季大会
• [Presentation] 社会環境依存型の性転換における脳下垂体の関与 (2022)
  • Author(s): 山本優芽, 花井匠磨, Chakraborty Tapas, 豊田敦, 伊藤武彦, 松山倫也, 長濱嘉孝, 太田耕平
  • Organizer: 令和4年度日本水産学会秋季大会
• [Presentation] Molecular mechanism of sexual plasticity in fish: a viewpoint from a natural sex changing fish (2022)
  • Author(s): Kohei Ohta, Tapas Chakraborty, Kazuki Tateyama, Shoma Hanai, Kodai Mizumura, Yume Yamamoto, Yuya Yoshihara, Sipra Mohapatra, Michiya Matsuyama, Yoshitaka Nagahama
  • Organizer: Joint Conference of the 30th European Society for Comparative Endocrinology and the 9th International Society for Fish Endocrinology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Oct4 and sexual plasticity in fish gonad (2022)
  • Author(s): Tapas Chakraborty, Sipra Mohapatra, Kohei Ohta, Michiya Matsuyama, Yoshitaka Nagahama
  • Organizer: Joint Conference of the 30th European Society for Comparative Endocrinology and the 9th International Society for Fish Endocrinology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Autophagy: an important player in germ cell maintenance and gonadal sexuality (2022)
  • Author(s): Sipra Mohapatra, Tapas Chakraborty, Naoki Nagano, Yoshitaka Nagahama, Kohei Ohta, Michiya Matsuyama
  • Organizer: Joint Conference of the 30th European Society for Comparative Endocrinology and the 9th International Society for Fish Endocrinology
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 九州大学農学研究院海洋生物学分野HP
  • URL: https://www.agr.kyushu-u.ac.jp/lab/marinebiology/