Sex spectrum specified by sex steroids

• Project Area: Spectrum of the Sex: a continuity of phenotypes between female and male
• Project/Area Number: 17H06427
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 諸橋 憲一郎 九州大学, 医学研究院, 主幹教授 (30183114)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 馬場 崇 九州大学, 医学研究院, 准教授 (40435524) ; 今井 祐記 愛媛大学, プロテオサイエンスセンター, 教授 (10423873)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥150,150,000 (Direct Cost: ¥115,500,000、Indirect Cost: ¥34,650,000); Fiscal Year 2021: ¥25,220,000 (Direct Cost: ¥19,400,000、Indirect Cost: ¥5,820,000); Fiscal Year 2020: ¥25,220,000 (Direct Cost: ¥19,400,000、Indirect Cost: ¥5,820,000); Fiscal Year 2019: ¥25,220,000 (Direct Cost: ¥19,400,000、Indirect Cost: ¥5,820,000); Fiscal Year 2018: ¥25,220,000 (Direct Cost: ¥19,400,000、Indirect Cost: ¥5,820,000); Fiscal Year 2017: ¥49,270,000 (Direct Cost: ¥37,900,000、Indirect Cost: ¥11,370,000)
• Keywords: 性差 / 性ステロイド / ライディッヒ細胞 / 骨格筋 / Ad4BP

Outline of Annual Research Achievements

雌雄を連続するスペクトラムとして捉え、性スペクトラム上での定位（オス化・メス化のレベル）と移動（オス化・メス化のレベルの変化）を制御するメカニズムを解明することが、性の本来の姿を理解するために必須である。本研究では、内分泌要因（性ステロイド）と遺伝要因（性染色体上の遺伝子）による性スペクトラム制御の分子基盤を明らかにする。実験では、性ステロイドを産生する精巣ライディッヒ細胞と性ステロイドの影響を受ける骨格筋細胞を対象に、細胞が独自に有する性を性スペクトラムの観点から明らかにすることを目的とする。以下の成果が得られた。
1) 精巣ライディッヒ細胞における性スペクトラムの制御機構
胎仔精巣の間質にはライディッヒ前駆細胞を含む細胞集団が存在する。これまでに、1細胞シークエンス法にて前駆細胞の存在を確認するとともに、前駆細胞に発現する数個の遺伝子を同定した。Tmsb10はその遺伝子の一つで、この遺伝子のノックダウンはライディッヒ細胞の分化を強く抑制する。ライディッヒ細胞の分化を制御するヘッジホックシグナルとの関わりを調べたところ、本因子がRASシグナル経路の抑制を介して、一次絨毛の形成を制御することでヘッジホックなどの細胞外からのシグナル伝達を制御していることが示された。
2) 骨格筋細胞における性スペクトラムの制御機構
骨格筋は雌雄で大きさと強さが異なる。性ホルモンと性染色体が、この性差を制御する要因と考えられる。骨格筋を構成する速筋繊維より、性腺摘出マウスとその後の性ホルモン処理マウスの筋繊維を調製し、トランスクリプトームを取得した。その結果、オスではPfkfb3遺伝子の発現を通じ、解糖系が活性化されていることが、またメスではPdk4遺伝子の発現が女性ホルモンによって誘導されることで脂肪酸代謝系がより選択的に働くことを明らかにした。

Current Status of Research Progress

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

Reason

1) 精巣ライディッヒ細胞における性スペクトラムの制御機構
胎仔型ライディッヒ前駆細胞を含む細胞集団より1細胞トランスクリプトームを取得し、前駆細胞集団に発現する遺伝子を得た。Tmsb10はその遺伝子の一つで、ノックダウンにより胎仔型ライディッヒ細胞への分化が抑制された。一方、胎仔型ライディッヒ細胞の分化を活性化するDHHシグナルの受容には一次絨毛が不可欠である。Tmsb10をノックダウンしたところ、一次絨毛が消失した。また一次絨毛の形成を抑制するRASとの関係を調べたところ、Tmsb10はRASとの相互作用を通じ、RASを抑制することが示された。
2) 骨格筋細胞における性スペクトラムの制御機構
雌雄の骨格筋の速筋繊維よりcDNAライブラリーを作成した。トランスクリプトームより、発現に性差を示す遺伝子が同定された。これらの遺伝子の機能や性ホルモン処理による発現変動をもとに、オスでのPfkfb3遺伝子の発現増加が解糖系を、メスでのPdk4遺伝子の発現増加が脂肪酸代謝系を増強すると考えた。そこで、雌雄の骨格筋繊維の初代培養系を確立し、解糖活性、脂肪酸代謝活性を測定したところ、オスでは解糖系が強く、メスでは女性ホルモン依存的なPdk4の発現を介して、脂肪酸b－酸化活性が強いことが示された。なおこれらの活性はPfkfb3とPdk4遺伝子のノックダウンによって大きく低下した。
遺伝要因の寄与を問うに当たり、性染色体上の4種のヒストン脱メチル化遺伝子（SMCX、SMCY、UTX、UTY）に着目している。これらの脱メチル化酵素の標的サイトをChIP-seqにて同定するため、FLAG-tagを挿入したマウスを作出した。現在、少数細胞で行うことができるCut&Run法の予備実験を行いつつ、データの取得を進めている。

Strategy for Future Research Activity

1) 精巣ライディッヒ細胞における性スペクトラムの制御機構
ヘッジホックシグナルが胎仔型ライディッヒ細胞の分化を誘導し、このシグナルの下流にTmsb10が関与するステップが存在すると考えられる。Tmsb10はRas-Rafの結合を阻害することで、一次絨毛の形成を促進する活性を有することも明らかになった。また、Tmsb10を発現する細胞をmChrry陽性細胞として採取することができるようになったので、この細胞の機能解析を加え、論文発表に向け、これらの結果をまとめる。
性染色体にコードされる4種のヒストン脱メチル化遺伝子（SMCX、SMCY、UTX、UTY）のノックアウトマウスとこれらの脱メチル化酵素の標的サイトを同定するため、FLAG-tagを挿入したマウス系統を樹立している。これらのマウスとCut&Run法により、ライディッヒ細胞ならびに間質細胞のヒストン修飾や各種転写因子の標的遺伝子に関するデータの取得を進める。

2) 骨格筋細胞における性スペクトラムの制御機構
昨年度に、上記の結果を含む論文を投稿したところ、いくつかの点で追加実験を要求されたので、それらの実験を行っている。これらの実験を終了したのちに、SMCX、SMCY、UTX、UTYなどのヒストン脱メチル化酵素が遺伝子発現の性差に関与する可能性を見据えつつ、上記のマウス系統を用い、骨格筋の変化の有無を調べる。存在する場合にはヒストンメチル化の変化を検討し、性染色体にコードされるこれらのヒストン脱メチル化因子による性差の構築の解明につなげる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] KIST(韓国)
• [Int'l Joint Research] KIST(韓国)
• [Int'l Joint Research] Academia Sinica(中華民国)
• [Int'l Joint Research] KIST(韓国)
• [Int'l Joint Research] Academia Cinica(中華民国)
• [Int'l Joint Research] KAIST(韓国)
• [Int'l Joint Research] Academia Cinica(台湾)
• [Journal Article] Gene expression and functional abnormalities in XX/Sry Leydig cells (2021)
  • Author(s): Yanai Shogo、Baba Takashi、Inui Kai、Miyabayashi Kanako、Han Soyun、Inoue Miki、Takahashi Fumiya、Kanai Yoshiakira、Ohkawa Yasuyuki、Choi Man Ho、Morohashi Ken-ichirou
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 719-719
  • DOI: 10.1038/s41598-020-80741-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Eicosapentaenoic acid changes muscle transcriptome and intervenes in aging-related fiber type transition in male mice (2021)
  • Author(s): Yamazaki Hiroki、Nishimura Mayu、Uehara Masaaki、Kuribara-Souta Akiko、Yamamoto Motohisa、Yoshikawa Noritada、Morohashi Ken-Ichirou、Tanaka Hirotoshi
  • Journal Title: American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism Volume: 320 Issue: 2 Pages: E346-E358
  • DOI: 10.1152/ajpendo.00184.2020
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Coordination of Multiple Cellular Processes by NR5A1/Nr5a1 (2020)
  • Author(s): Morohashi Ken-ichirou、Inoue Miki、Baba Takashi
  • Journal Title: Endocrinology and Metabolism Volume: 35 Issue: 4 Pages: 756-764
  • DOI: 10.3803/enm.2020.402
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] GC‐MS‐based metabolic signatures reveal comparative steroidogenic pathways between fetal and adult mouse testes (2020)
  • Author(s): Han Soyun、Baba Takashi、Yanai Shogo、Byun Dong Jun、Morohashi Ken‐ichirou、Kim Jae‐Hong、Choi Man Ho
  • Journal Title: Andrology Volume: 9 Issue: 1 Pages: 400-406
  • DOI: 10.1111/andr.12893
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three population of adult Leydig cells in mouse testes revealed by a novel mouse HSD3BI-specific rat monoclonal antibody (2019)
  • Author(s): Chikako Yokoyama, Yuta Chigi, Takashi Baba, Atsushi Ohshitanai, Yumi Harada, Fumiya Tahahashi, Ken-ichirou Morohashi
  • Journal Title: BBRC Volume: 511 Issue: 4 Pages: 916-920
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.02.100
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mouse polycomb group gene Cbx2 promotes osteoblastic but suppresses adipogenic differentiation in postnatal long bones (2019)
  • Author(s): Katoh-Fukui Yuko、Baba Takashi、Sato Tetsuya、Otake Hiroyuki、Nagakui-Noguchi Yuko、Shindo Miyuki、Suyama Mikita、Ohkawa Yasuyuki、Tsumura Hideki、Morohashi Ken-ichirou、Fukami Maki
  • Journal Title: Bone Volume: 120 Pages: 219-231
  • DOI: 10.1016/j.bone.2018.10.021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ad4BP/SF-1 regulates cholesterol synthesis to boost the production of steroids (2018)
  • Author(s): Takashi Baba, Hiroyuki Otake, Miki Inoue, Tetsuya Sato, Yasuhiro Ishihara, Ju-Yeon Moon, Megumi Tsuchiya, Kanako Miyabayashi, Hidesato Ogawa, Yuichi Shima, Lixiang Wang, Ryuichiro Sato, Takeshi Yamazaki, Mikita Suyama, Masatoshi Nomura, Man Ho Choi, Yasuyuki Ohkawa & Ken-ichirou Morohashi
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 1 Issue: 1 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1038/s42003-018-0020-z
  • NAID: 120006799378
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] PKA signalling drives zonal conversion within adult adrenocortical lineage in a sexually dimorphic manner (2018)
  • Author(s): Typhanie Dumontet, Isabelle Sahut-Barnola, Amandine Septier, Nathanaelle Montanier, Ingrid Plotton, Florence Roucher-Boulez, Veronique Ducros, Anne-Marie Lefrancois-Martinez, Jean-Christophe Pointud, Mohamad Zubair, Ken-ichirou Morohashi, David Breault, Pierre Val, Antoine Martinez
  • Journal Title: JCI insight Volume: 3 Issue: 2
  • DOI: 10.1172/jci.insight.98394
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recent progress in understanding the mechanisms of Leydig cell differentiation (2018)
  • Author(s): Miki Inoue, Takashi Baba, and Ken-ichirou Morohashi
  • Journal Title: Mol Cell Endocrinol Volume: 468 Pages: 39-46
  • DOI: 10.1016/j.mce.2017.12.013
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lysosomal activity maintains glycolysis and cyclin E1 expression by mediating Ad4BP/SF-1 stability for proper steroidogenic cell growth (2017)
  • Author(s): Syu JS, Baba T, Huang JY, Ogawa H, Hsieh CH, Hu JX, Chen TY, Lin TC, Tsuchiya M, Morohashi K, Huang BM, Lu FI
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Issue: 1 Pages: 240-240
  • DOI: 10.1038/s41598-017-00393-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Alterations in fetal Leydig cell gene expression during fetal and adult development (2017)
  • Author(s): Kanako Miyabayashi, Yuichi Shima, Miki Inoue, Tetsuya Sato, Takashi Baba Yasuyuki Ohkawa, Mikita Suyama, Ken-ichirou Morohashi
  • Journal Title: Sexual Development Volume: 11 Issue: 2 Pages: 53-63
  • DOI: 10.1159/000453323
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Differential lactate and cholesterol synthetic activities in XY and XX Sertoli cells. (2017)
  • Author(s): Shishido Y, Baba T, Sato T, Shima Y, Miyabayashi K, Inoue M, Akiyama H, Kimura H, Kanal Y, Ishihara Y, Haraguchi S, Miyazaki A, Rozman D, Yamazaki T, Choi MH, Ohkawa Y, Suyama M, Morohashi KI
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 7 Issue: 1 Pages: 41912-41912
  • DOI: 10.1038/srep41912
  • NAID: 120006799381
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] XX/Sryオスマウスのライディッヒ細胞における遺伝子発現と精巣内ステロイドホルモン量の網羅的解析 (2021)
  • Author(s): 柳井翔吾、馬場崇、宮林香奈子、Soyun Han、井上実紀、高橋史也、金井克晃、大川恭行、Man-Ho Choi、諸橋憲一郎
  • Organizer: 第28回ステロイドホルモン学会
• [Presentation] 細胞の性 (2020)
  • Author(s): 諸橋憲一郎、馬場崇
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会
  • Invited
• [Presentation] ライディッヒ細胞の発生分化 (2020)
  • Author(s): 馬場崇、井上実紀、諸橋憲一郎
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会
  • Invited
• [Presentation] Sex chromosome composition affects gene expression and function in Leydig cells. (2020)
  • Author(s): Yanai S, Baba T, Inui K, Miyabayashi K, Han S, Inoue M, Takahashi F, Kanai Y, Ohkawa Y, Choi MH, Morohashi KI
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会
• [Presentation] 性ステロイドと性染色体による副腎皮質と骨格筋の性差構築 (2019)
  • Author(s): Antonius Christianto、高橋史也、馬場崇、諸橋憲一郎
  • Organizer: 第27回ステロイドホルモン学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 骨格筋、副腎皮質における性スペクトラムとその制御 (2019)
  • Author(s): 馬場崇、Antonius Christianto、高橋史也、諸橋憲一郎
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] 性染色体構成の差異がライディッヒ細胞の遺伝子発現に及ぼす影響 (2019)
  • Author(s): 柳井 翔吾, 高橋 史也, 戌亥 海, Soyun Han, 原口 省吾, 馬場 崇, Man-Ho Choi, 須山 幹太, 大川 恭行, 諸橋 憲一郎
  • Organizer: 第24回生殖内分泌学会
• [Presentation] マウス副腎皮質束状層細胞における転写産物量の性差 (2019)
  • Author(s): 高橋史也, 馬場崇, Christianto Antonius, 戌亥海, 須山幹太, 大川恭行, 諸橋憲一郎
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] マウス副腎皮質束状層細胞の転写産物量における性差 (2019)
  • Author(s): 高橋史也, 馬場崇, Christianto Antonius, 諸橋憲一郎
  • Organizer: 第27回日本ステロイドホルモン学会学術集会
• [Presentation] Ad4BP/SF-1 more than a regulator of adrenal steroids (2019)
  • Author(s): Ken Morohashi, Miki Inoue, Takashi Baba
  • Organizer: 34th Joint Annual Conference of Biomedical Sciences
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Ad4BP/SF-1 more than a regulator of adrela steroids (2018)
  • Author(s): Ken Morhoashi
  • Organizer: 18th International Congress of Endocrinology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Orchestration of housekeeping and cell-specific metabolisms in steroidogenic cells by a transcription factor Ad4BP/SF-1 (2018)
  • Author(s): Ken Morohashi
  • Organizer: The 18th Japan-Italy Symposium The front line of research into gender science
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ORCHESTRATION OF HOUSEKEEPING AND CELL-SPECIFIC METABOLISM FOR STEROID HORMONE SYNTHESIS BY A SINGLE TRANSCRIPTION FACTOR, Ad4BP/SF-1 (2018)
  • Author(s): Takashi Baba, Hiroyuki Otake, Miki Inone, Kanako Miyabayashi, Yuichi Shima, Tetsuya Sato, Yasuyuki Ohkawa, Mikita Suyama, Ken-ichirou Morohashi
  • Organizer: 8th International Symposium on the Biology of Vertebrate Sex Determination
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ad4BP/SF-1 regulates differentiation and metabolic activation in fetal Leydig cells (2018)
  • Author(s): Miki Inoue, Takashi Baba, Ken-ichirou Morohashi
  • Organizer: 8th International Symposium on the Biology of Vertebrate Sex Determination
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genetic and Endocrine Regulation of Gonadal Sex (2017)
  • Author(s): Ken-ichirou Morohashi
  • Organizer: The 18th Congress of the International Society for Gender Medicine
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] History of fetal Leydig cells (2017)
  • Author(s): Ken-ichirou Morohashi
  • Organizer: ENDO 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Ad4BPを介した細胞分化と代謝の強調的な遺伝子発現制御 (2017)
  • Author(s): 井上 実紀、馬場 崇、諸橋 憲一郎
  • Organizer: 第90回日本内分泌学会学術総会
  • Invited
• [Presentation] 核内受容体Ad4BP/SF-1によるNADPH産生制御 (2017)
  • Author(s): 馬場 崇、Bing Li、諸橋 憲一郎
  • Organizer: 第25回日本ステロイドホルモン学会学術集会
• [Presentation] 核内受容体Ad4BP/SF-1によるステロイドホルモン産生へ向けた全プロセスの制御 (2017)
  • Author(s): 馬場 崇、Man Ho Choi、諸橋 憲一郎
  • Organizer: 生命科学系学会合同年次大会 ConBio2017
• [Remarks] 九州大学 大学院医学研究院 分子生命科学系部門 性差生物学講座（分子生物学）ホームページ
  • URL: https://www.med.kyushu-u.ac.jp/seisaseibutu/
• [Remarks] 科研費 新学術領域研究 平成29-33年度 性スペクトラムー連続する表現型としての雌雄ーホームページ
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/sexspectrum/
• [Remarks] 科研費 新学術領域研究 平成29~32年度 性スペクトラム-連続する表現型としての雌雄-ホームページ
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/sexspectrum/
• [Remarks]
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• [Remarks]
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