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2023 Fiscal Year Annual Research Report

The amplification mechanism of bovine maternal immune tolerance for conce

Research Project

Project/Area Number 23H02356
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionObihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine

Principal Investigator

宮本 明夫  帯広畜産大学, 畜産学部, 教授 (10192767)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 今川 和彦  東海大学, 総合農学研究所, 特任教授 (00291956)
島田 昌之  広島大学, 統合生命科学研究科(生), 教授 (20314742)
草間 和哉  東京薬科大学, 薬学部, 講師 (30579149)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2027-03-31
Keywords精子 / 受精卵 / TLR2 / 受胎 / ウシ
Outline of Annual Research Achievements

ウシの受胎率底上げを導く免疫戦略として、精子と受精卵の自然免疫受容体TLR2活性化による母体の免疫寛容増幅機構について体系的に検証する。本企画は、「精子によって卵子と母体の自然免疫が活性化され、生存性に優れた受精卵が発育し、同時に子宮の免疫寛容が増強され受胎が成立する」という仮説を、①精子と子宮上皮、双方のTLR2で開始する自然免疫反応、②受精卵TLR2による発生促進機構、③初期胚ハッチング(透明帯脱出)直後の急激な自然免疫応答と母体免疫寛容誘導、について解明し、④受精卵TLR2活性化で得た初期胚盤胞を移植試験して受胎率改善戦略を示し、家畜生産性向上に寄与する目的でおこなう基礎的研究である。

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、精子によって卵子と母体の自然免疫が活性化され、生存性に優れた受精卵が発育し、同時に子宮の免疫寛容が増強され受胎が成立する」という大仮説を、①精子と子宮上皮、双方のTLR2で開始する自然免疫反応、②受精卵TLR2による発生促進機構、について検証した。
①精子と子宮上皮、双方のTLR2で開始する自然免疫反応:
精子TLR2活性化はヒアルロン酸(HA)断片が接着因子として精子の子宮上皮結合を十分に維持して、精子と子宮上皮細胞のクロストークを可能とすることが明らかになった。さらに、精子の超活性化がTLR2刺激により誘導され、頭部振幅が大きい運動型の精子がより流体摩擦に打ち勝ち、子宮腺に侵入するグループであることを解明した。この精子群は卵管に向かわずに子宮での炎症誘導で迅速な子宮清浄化を促進し、受精に向けて卵管にたどり着く直線型運動性をもつ精子群を助ける(受精後の初期胚は5日後には清浄化された子宮に降りてくる!)と解釈できる。加えて、精子-子宮の相互作用におけるTLR2ヘテロダイマー形成が生み出す“弱い炎症応答”についてコンピューターシミュレーション(in-silico)解析を行い、精子センシングは、基本的に子宮上皮細胞のTLR2/TLR1ヘテロダイマー形成によるものであることがわかった。
②受精卵TLR2による発生促進機構:
体外受精1.5日後の4細胞期受精卵に、TLR2アゴニスト(PAM)で受精卵の自然免疫システムを微弱に活性化し(TLR2は全てのステージで発現を確認済み)、予備試験から確証を得た7日目の初期胚盤胞への発生率増加メカニズムを調べた。その結果、TLR2活性化した受精卵は、オートファジーを含む代謝系、アポトーシス減少による生存性、IFNT産生能などを伴い発育促進され、胚盤胞の質が向上することが示された。

Strategy for Future Research Activity

本研究は、以下の3つの戦略と1つの実証試験から構成される。
精子によって卵子と母体の自然免疫が活性化され、生存性に優れた受精卵が発育し、同時に子宮の免疫寛容が増強され受胎が成立する」という大仮説を、① 精子と子宮上皮、双方のTLR2で開始する自然免疫反応、② 受精卵TLR2による発生促進機構、③ 初期胚ハッチング(透明帯脱出)直後の急激な自然免疫応答と母体免疫寛容誘導、の詳細を解明し、④ 受精卵TLR2活性化で得た初期胚盤胞を移植試験することで受胎率改善戦略を示す。
①精子と子宮上皮、双方のTLR2で開始する自然免疫反応:
R6年度は、これら一連の子宮内での精子に起きる現象メカニズムが、実は、精子が排卵卵子に受精する際の「受性能獲得」に必須である「超活性化」と同様であることが考えられるので、子宮環境で超活性化を起こした精子が、体外受精系で本当により受精率・発生率が高い精子であるかについて検証する。これが裏付けられた場合、この方法による受精後の発生する受精卵の質の評価を胚ゲノム活性化機能も含めて観察を進める予定。
②受精卵TLR2による発生促進機構:
R5年度に、体外受精1.5日後の4細胞期受精卵に、TLR2アゴニスト(PAM)で受精卵の自然免疫システムを微弱に活性化し(TLR2は全てのステージで発現を確認済み)、予備試験から確証を得た7日目の初期胚盤胞への発生率増加メカニズムを調べた。特に、TLR2活性化した受精卵の発生能とTLR2機能の関係について、代謝系、生存性、IFNT産生能などを調べ、発育促進と作出した胚盤胞の質について新しい科学的基盤を得ることを進めたが、未だその検証は中途である。この一連の多面的な解析を完遂して、結論を得る予定。これが本研究企画の後半のハッチング直後の受精卵と子宮との複雑系のクロストーク検証の土台となる。

Remarks

講演タイトル「Innate immune system in the physiological process toward fertilization and embryo receptivity in the cow」
*牛の繁殖学において国際的に突出した研究実績を持つ研究者を2年毎に招待

  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Homology Modeling, Molecular Dynamics Simulation, and Prediction of Bovine TLR2 Heterodimerization2024

    • Author(s)
      Mansouri Alireza、Yousef Mohamed Samy、Kowsar Rasoul、Miyamoto Akio
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 25 Pages: 1496~1496

    • DOI

      10.3390/ijms25031496

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Hyaluronan regulates sperm-induced inflammatory response by enhancing sperm attachment to bovine endometrial epithelial cells via CD44: in-silico and in-vitro approaches2023

    • Author(s)
      Ezz Mohamed Aboul、Mansouri Alireza、Akthar Ihshan、Yousef Mohamed Samy、Kowsar Rasoul、Miyamoto Akio
    • Journal Title

      Frontiers in Endocrinology

      Volume: 14 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fendo.2023.1134868

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Sperm activate TLR2/TLR1 heterodimerization to induce a weak proinflammatory response in the bovine uterus2023

    • Author(s)
      Mansouri Alireza、Yousef Mohamed Samy、Kowsar Rasoul、Usui Nonoka、Akthar Ihshan、Miyamoto Akio
    • Journal Title

      Frontiers in Immunology

      Volume: 14 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fimmu.2023.1158090

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Activation of sperm Toll-like receptor 2 induces hyperactivation to enhance the penetration to mucus and uterine glands: a trigger for the uterine inflammatory cascade in cattle2023

    • Author(s)
      Akthar Ihshan、Kim Yejin、Umehara Takashi、Kanno Chihiro、Sasaki Motoki、Marey Mohamed Ali、Yousef Mohamed Samy、Haneda Shingo、Shimada Masayuki、Miyamoto Akio
    • Journal Title

      Frontiers in Immunology

      Volume: 14 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fimmu.2023.1319572

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hyaluronan mediates the sperm attachment to endometrial epithelia to regulate the sperm-induced inflammatory response in the bovine uterus2023

    • Author(s)
      Miyamoto Akio
    • Organizer
      第116回 日本繁殖生物学会大会
  • [Presentation] Tumor necrosis factor alpha (TNFA) induced by sperm-uterine gland interaction triggers sperm hyperactivation in cattle2023

    • Author(s)
      Akthar Ihshan
    • Organizer
      第116回 日本繁殖生物学会大会
  • [Presentation] Sperm induce TLR2/1 heterodimerization, but not TLR2/6, to trigger the physiological weak inflammation in bovine uterus2023

    • Author(s)
      Mansouri Alireza
    • Organizer
      第116回 日本繁殖生物学会大会
  • [Presentation] Sperm Toll-like receptor 2 regulates sperm penetration to uterine glands thereby triggering uterine inflammatory cascade in cattle2023

    • Author(s)
      Miyamoto Akio
    • Organizer
      The 11th International Ruminant Reproduction Symposium, Galway, Ireland
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A potential role of bovine platelets in transfer of interferon tau signaling to neutrophils and endometrial epithelia; involvement in the immune cascade toward embryo receptivity2023

    • Author(s)
      Yousef Mohamed Samy
    • Organizer
      The 11th International Ruminant Reproduction Symposium, Galway, Ireland
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Platelets exert anti-inflammatory effects on bovine uterine epithelia and neutrophils; A potential role in regulating interferon-tau signaling2023

    • Author(s)
      Miyamoto Akio
    • Organizer
      56th Annual Meeting of The Society for the Study of Reproduction, Ottawa, Canada
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evidence that TNFA induced by sperm-uterine gland interaction promotes sperm hyperactivation thereby accelerating sperm penetration into the uterine glands: A potential role in sperm clearance2023

    • Author(s)
      Akthar Ihshan
    • Organizer
      56th Annual Meeting of The Society for the Study of Reproduction, Ottawa, Canada
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hyaluronan is a bridging ligand for sperm-induced inflammation in bovine endometrial epithelial cells via CD44/TLR2 interaction2023

    • Author(s)
      Ezz Mohamed Aboul
    • Organizer
      56th Annual Meeting of The Society for the Study of Reproduction, Ottawa, Canada
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] フロリダ大学(米国)9th Thatcher Lecture招待講演(2024.3.7)

    • URL

      https://twitter.com/ufpjhansen/status/1765947606989996504

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 哺乳動物受精卵の製造方法2023

    • Inventor(s)
      宮本 明夫
    • Industrial Property Rights Holder
      宮本 明夫
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      P230C04

URL: 

Published: 2024-12-25  

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