精子の機能障害による生殖不全機構の解明

• Project/Area Number: 14770859
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Obstetrics and gynecology
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 竹田 直樹 熊本大学, 生命資源研究・支援センター, 助手 (90304998)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2003: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2002: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 精子 / ES細胞 / Protamine / 鞭毛 / ミトコンドリア / haploinsufficiency / 核凝縮 / 遺伝子改変マウス / 鞭毛運動

Research Abstract

本研究は生殖不全機構を解明するために、精細胞に特異的に発現する極めて特徴的なDNA結合タンパク質Protamine1(Prm1)に着目し、ES細胞を用いた遺伝子相同組換え技術により破壊したPrm1遺伝子欠損マウスを用いておこなった。
Prm1KOマウスの♂は、染色体の一方を破壊したヘテロの状態で不妊であった。ヒトではPrmの発現低下が不妊に関係しているという知見が報告されており、これらのことからその発現量を維持するためにPrm1遺伝子は両染色体に必要であると推測された。
ヘテロ精巣上体尾部由来精子を解析したところ、予想通りその精子核ではDNAが十分に凝縮されていなかった。また光顕観察の結果ヘテロ由来精子はほとんど静止しており、運動能の喪失が不妊の主因であるととがわかった。そこでエネルギー源であるミトコンドリア膜電位をRhodamineを用いて計測したところ有意に低下しており、また電子顕微鏡での観察では鞭毛構造に特徴的な9+2の微小管構造にも異常が見受けられた。これらのことから不妊の主因である運動能の喪失はエネルギー産生系と構造異常の両方によるものであることが明らかになった。
この様に、精子発生過程の最終過程で発現するPrm1が単なるDNA結合タンパク質ではなく、代謝や細胞質構造に大きく関わることが本研究によって明らかになった。