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Spectrum of the sex and the sex reversal by gonads

Planned

Project AreaSpectrum of the Sex: a continuity of phenotypes between female and male
Project/Area Number 17H06430
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

田中 実  名古屋大学, 理学研究科, 教授 (80202175)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山本 耕裕  大阪医科薬科大学, 医学部, 講師 (20613558)
Project Period (FY) 2017-06-30 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥144,560,000 (Direct Cost: ¥111,200,000、Indirect Cost: ¥33,360,000)
Fiscal Year 2021: ¥27,560,000 (Direct Cost: ¥21,200,000、Indirect Cost: ¥6,360,000)
Fiscal Year 2020: ¥27,560,000 (Direct Cost: ¥21,200,000、Indirect Cost: ¥6,360,000)
Fiscal Year 2019: ¥27,560,000 (Direct Cost: ¥21,200,000、Indirect Cost: ¥6,360,000)
Fiscal Year 2018: ¥27,560,000 (Direct Cost: ¥21,200,000、Indirect Cost: ¥6,360,000)
Fiscal Year 2017: ¥34,320,000 (Direct Cost: ¥26,400,000、Indirect Cost: ¥7,920,000)
Keywords性決定 / 生殖細胞 / 代謝 / 減数分裂 / メダカ / 性転換 / 環境 / 脂質 / 栄養制限
Outline of Annual Research Achievements

5日間絶食状態においた孵化直後のXXメダカがオスへと性転換する現象はメダカの特異的系統な問題ではなく、パンテトン酸異化経路を介したCoAが関与する脂質代謝の変化が関与して引き起こされることが明らかになった。そしてその性転換はXXメスの稚魚におけるdmrt1遺伝子の発現誘導を伴うことも薬理学的解析と変異体解析によって明らかとなった。そこでdmrt1遺伝子誘導が引き起こされる機構について解析を行った。
一方、メダカの成熟卵巣および成熟精巣には性が決まっていない生殖幹細胞の存在が証明されており、メダカは性転換もすることから、生殖細胞の性スペクトラム、すなわち生殖細胞が卵になるか精子になるかの分子機構を解析する良いモデルを提供している。そしてこの性のスペクトラム位置移動に関与する2つの因子REC8 と FBXO47が同定され、変異体解析による表現型解析、さらに哺乳類で卵形成に関与するとされる3つの因子の変異体を作製し、位置移動に関与する2つの因子とのエピスタティックな関係、またそこから示唆された染色体の変化についての解析を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

孵化後5日間絶食状態によるXXメダカの性転換には脂質合成が関与することが示唆されたため、脂質合成の鍵遺伝子であるFasn遺伝子の変異体を作製しその表現型を解析した。その結果、薬理学的に脂質合成を阻害した時と同様に、変異体XXメダカの稚魚では本来発現しないはずのdmrt1遺伝子の発現が認められた。一方、脂質がリガンドとなり得るオーファン核受容体のシス配列がdmrt1遺伝子のTSS 付近に見出されたため、オーファン核受容体の発現を調べたところ、PPARgamma が生殖腺で発現が認められた。脂質がメディエーターとなってdmrt1遺伝子転写上昇を引き起こす可能性が示唆される。
一方、生殖細胞の性スペクトラムの研究においては哺乳類卵形成に関する遺伝子の変異体を確立し、rec8aとfbxo47 の変異体とのエピスタティック解析を行った結果、fbxo47-lhx8b-figla-noboxという卵形成の経路が明らかとなった。そしてこれはREC8aによるメス型減数分裂とは独立していることが改めて確認された。この2つの因子が関与する経路が遺伝的に独立した経路であることが示された。さらに3つの変異体fbxo47, lhx8b, figlaの表現型では精子形成が認められたことから、生殖幹細胞がメス型にコミットし、卵形成を開始したとしても減数分裂パキテン期までは生殖細胞の性はスペクトラムを示す、すなわち、その時期までメス型には確定していないことも明らかとなった。またスプレッド法と免疫抗体染色による染色体構造解析から異常な染色体構造が確認され、その過程を解析するための生殖腺の培養系の開発を開始した。
以上、新たな研究領域への発展も見えつつ、性スペクトラムの分子機構は着実に解明されていると判断する。

Strategy for Future Research Activity

PPARgammaを含めた一群のオーファン核受容体のdmrt1遺伝子発現誘導における関与を明らかにするため、dmrt1遺伝子制御領域に見出されたシス配列の欠損メダカの作製と解析を行う。また飢餓状態における遺伝子発現の変化を網羅的に捉えることを推進する。
生殖細胞の性スペクトラム研究の生殖細胞メス型確立の経路(fbxo47-lhx8b-figla-nobox)の分子機構を解析するため、スプレッド法と免疫抗体染色による染色体構造解析、染色体の動態解析が可能な培養と染色体可視化のトランスジェニックメダカの確立を推進する。さらにFBXO47 の生殖細胞メス型確立過程における機能を明らかにするため、デグロンによるFBXO47条件的機能喪失の系の開発、またFBXO47はユビキチンリガーゼの複合体構成因子でもあるため、FBXO47と結合する因子をマススペクトロメトリーで同定できるトランスジェニックメダカの確立を行う。
メス型減数分裂を制御するREC8a の機能を知るために、もう一つのREC8 であるREC8bとの機能差の有無を明らかにしなくてはならない。そこでrec8b遺伝子の変異体を作製し、rec8a変異体との二重変異体の表現型解析を推進する。またこれら因子の染色体構造における機能を明らかにするために、これらの変異体における染色体スプレッドと免疫抗体染色による染色体構造解析を推進する。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report

Research Products

(69 results)

All 2020 2019 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (10 results) Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 6 results) Presentation (39 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 14 results) Book (4 results) Remarks (5 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) Funded Workshop (1 results)

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    • Author(s)
      Kikuchi, M., Nishimura, T., Ishishita, S., Matsuda, Y. and Tanaka, M. (in press)
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 117 Pages: 12174-12181

    • DOI

      10.1073/pnas.1918556117

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    • Author(s)
      Sone, R., Taimatsu, K., Ohga, R., Nishimura, T., Tanaka, M. and Kawahara, A
    • Journal Title

      Sci. Rep.

      Volume: 10

    • DOI

      10.1038/s41598-020-71143-2

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    • Author(s)
      Sakae Yuta、Oikawa Akira、Sugiura Yuki、Mita Masatoshi、Nakamura Shuhei、Nishimura Toshiya、Suematsu Makoto、Tanaka Minoru
    • Journal Title

      Biology Open

      Volume: 9 Pages: 050054-050054

    • DOI

      10.1242/bio.050054

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      Adolfi M.C., Fischer, P., Herpin, A., Regensburger, M., Kikuchi, M., Tanaka, M. and Schartl, M
    • Journal Title

      Mol. Reprod. Dev.

      Volume: 86 Pages: 1405-1417

    • DOI

      10.1002/mrd.23177

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  • [Journal Article] Novel components of germline sex determination acting downstream of foxl3 in medaka2019

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      Kikuchi Mariko、Nishimura Toshiya、Saito Daisuke、Shigenobu Shuji、Takada Ritsuko、Gutierrez-Triana Jos? Arturo、Cerd?n Juan Luis Mateo、Takada Shinji、Wittbrodt Joachim、Suyama Mikita、Tanaka Minoru
    • Journal Title

      Dev. Biol.

      Volume: 445 Pages: 80-89

    • DOI

      10.1016/j.ydbio.2018.10.019

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      Nakayama T, Shimmura T, Shinomiya A, Okimura K, Takehana Y, Furukawa Y, Shimo T, Senga T, Nakatsukasa M, Nishimura T, Tanaka M, Okubo K, Kamei Y, Naruse K, Yoshimura T
    • Journal Title

      Nature Ecology & Evolution

      Volume: 3 Pages: 845-852

    • DOI

      10.1038/s41559-019-0866-6

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      Tanaka, M.
    • Journal Title

      Curr. Top. Dev. Biol.

      Volume: 134 Pages: 151-165

    • DOI

      10.1016/bs.ctdb.2019.01.010

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      Nishimura Toshiya、Yamada Kazuki、Fujimori Chika、Kikuchi Mariko、Kawasaki Toshihiro、Siegfried Kellee R.、Sakai Noriyoshi、Tanaka Minoru
    • Journal Title

      PLoS Genetics

      Volume: 14 Pages: 1-18

    • DOI

      10.1371/journal.pgen.1007259

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  • [Journal Article] Dynamic plasticity in phototransduction regulates seasonal changes in color perception2017

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      Shimmura T, Nakayama T, Shinomiya A, Fukamachi S, Yasugi M, Watanabe E, Shimo T, Senga T, Nishimura T, Tanaka M, Kamei Y, Naruse K, Yoshimura T
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 8 Pages: 412-412

    • DOI

      10.1038/s41467-017-00432-8

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    • Author(s)
      TANKA, M.
    • Organizer
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      田中実
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      田中実
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      田中実
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  • [Presentation] 生殖細胞と性2019

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      田中実
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      Sakae, Y., Sugiura, Y., Oikawa, A., Mita, M., Nishimura, T., and Tanaka, M.
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      SSR
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      菊地真理子、田中実
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      Yamada, K., Sakae, Y., Nishimura, T. and Tanaka, M.
    • Organizer
      8th meeting on HP Axis and Gonad Biology
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      TANAKA M.
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    • Author(s)
      田中実
    • Organizer
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      田中実
    • Organizer
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    • Organizer
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    • Organizer
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      Carranza, J. Takehana, Y. Nishimura, T. Tanaka, M.
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      Tanaka, M.
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  • [Presentation] メダカにおける生殖腺組織構築の解析2017

    • Author(s)
      尾崎湧馬, 西村俊哉, 田中実
    • Organizer
      第88回日本動物学会 富山大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] メダカの生殖細胞は身体をメス化する能力を元々持っているのか?2017

    • Author(s)
      西村俊哉、河崎敏広、酒井則良、田中実
    • Organizer
      第88回日本動物学会 富山大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Book] “Medaka - Biology, Management, and Experimental Protocols”2020

    • Author(s)
      Murata K., Kinoshita, M., Naruse, K., Tanaka, M. and Kamei, Y.(eds)
    • Total Pages
      344
    • Publisher
      Wiley-Blackwell
    • ISBN
      9781119575290
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Book] 動物の事典 第7章2「生殖細胞の発生」2020

    • Author(s)
      田中実(分担執筆)
    • Total Pages
      772
    • Publisher
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254171662
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Book] 遺伝子から解き明かす性の不思議な世界2019

    • Author(s)
      田中実(編著)
    • Total Pages
      542
    • Publisher
      一色出版
    • ISBN
      9784909383068
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Book] Regulation of germline stem cells in the Teleost: Gametogenesis, Sex, and Fecundity2018

    • Author(s)
      Tanaka, M.
    • Total Pages
      9
    • Publisher
      Springer Japan
    • ISBN
      9784431566076
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 名古屋大学理学研究科 生命理学専攻 生殖生物学グループ

    • URL

      http://www.medaka.bio.nagoya-u.ac.jp/

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      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 名古屋大学 研究教育成果情報 プレスリリース

    • URL

      https://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20200515_sci1.pdf

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 名古屋大学 大学院理学研究科 生命理学専攻 生殖生物学グループ

    • URL

      http://www.medaka.bio.nagoya-u.ac.jp

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      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 名古屋大学 研究教育成果情報 プレスリリース

    • URL

      https://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20200408_sci1.pdf

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  • [Remarks] 名古屋大学大学院理学研究科 生命理学専攻 生殖生物学グループ

    • URL

      http://www.medaka.bio.nagoya-u.ac.jp/

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      2018 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ゲノム編集技術2018

    • Inventor(s)
      田中実、西村俊哉
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人名古屋大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2018
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      2018 Annual Research Report
  • [Funded Workshop] Asian Sex Differentiation Network2017

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      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-07-04   Modified: 2022-05-18  

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