新規培養系による卵細胞質のサイズを決定する分子機構の解明

• Project/Area Number: 22KJ2432
• Project/Area Number (Other): 22J11655 (2022)
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Multi-year Fund (2023); Single-year Grants (2022)
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 42030:Animal life science-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 堀川 知紗子 九州大学, 医学系学府, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 生殖細胞 / 卵母細胞 / cellサイズ / RNA-seq / in vitro oogenesis

Outline of Research at the Start

卵母細胞の細胞質（卵細胞質）は個体発生能を司る特殊な機能をもつが、これまで卵細胞質の構築過程を包括的に解析する実験系が存在していなかったことから、卵母細胞発育過程の詳細な分子機構は不明な点が多い。
本研究では、核相と卵細胞質の形成機構との関係を明らかにすることを目的とし、卵細胞質の構築機構に重要である8つの遺伝子をES細胞に強制発現させる事で、始原生殖細胞及び減数分裂を経ることなく直接的にES細胞から卵母細胞様細胞(Directly induced oocyte-like cell:DIOL)を誘導する卵細胞質の再構築系をモデルとし、形態的解析と遺伝子発現解析の統合的解析を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、8つの遺伝子をES細胞に強制発現させる事でES細胞から直接的に卵母細胞様細胞(Directly induced oocyte-like cell:DIOL)を誘導する卵細胞質の再構築系を用いて、1倍体、2倍体、4倍体のDIOLを誘導することで核相と卵細胞質との形態的および遺伝的機構との関係を明らかにすることを目的とする。
昨年度までに雌性生殖細胞のレポーター遺伝子（Stella-CFP）を持つ1倍体、2倍体、4倍体の各倍数体のES細胞の樹立を行い、それぞれDIOLへの誘導条件を確立した。GV期とMI期に相当するDIOLの形態的解析を行ったところ、各細胞の核相に比例してDIOLの細胞質のサイズが増加する傾向にあった。すなわち、1倍体、2倍体、4倍体の倍数性と卵細胞質とのサイズの間には正の相関があることが明らかとなった。
本年度は、核相の差による遺伝子発現の違いを探索するため、それぞれのES細胞と二次卵胞期(growing oocytes)と胞状卵胞期(full-grown oocytes)に相当するDIOLを回収し、定量的RNA-seq解析を行なった。すると、核相と卵細胞質の大きさとの相関を超え、大きく発現が増加する遺伝子や、減少する遺伝子の存在が明らかとなった。
今後、減数分裂に必要な遺伝子をノックアウトしたマウスの卵母細胞（２倍体相当のDNA量を有する卵母細胞）と野生型のマウスの卵母細胞（4倍体相当のDNA量を有する卵母細胞）を用いてSingle-Cell RNA-seq解析を行い、遺伝子発現の差を比較する。
invivo（マウス由来の卵母細胞）とinvitro （DIOL）の結果を評価することで、核相とサイズの相関を超えて発現する遺伝子が担う機能や役割について考察する。