ESキメラマウスを用いた精子機能解析法の確立と応用

• 研究課題/領域番号: 17H04987
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 実験動物学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 宮田 治彦 大阪大学, 微生物病研究所, 准教授 (50604732)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 23,530千円 (直接経費: 18,100千円、間接経費: 5,430千円); 2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2019年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2017年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
• キーワード: 精子 / 鞭毛 / ゲノム編集 / キメラマウス / 不妊 / ダイニン / CRISPR/Cas9 / ES細胞 / 受精

研究成果の概要

男性不妊の原因の１つとして精子運動性の低下があり、その原因遺伝子がいくつか報告されている。これらの遺伝子は精子鞭毛の運動性だけでなく、気管や脳室などに存在する繊毛の運動性にも関わっているため（原発性繊毛運動不全症）、ノックアウト（KO）マウスが生後致死になり、成熟精子における遺伝子機能解析が難しいという問題点があった。本研究では、（１）ミトコンドリアが蛍光を示すES細胞を樹立した。続いて、（２）ES細胞を用いてキメラマウスを作製することにより生後致死を回避し、原発性繊毛運動不全症の原因遺伝子であるHydinの機能を解析した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、HYDINがマウスの精子鞭毛形成に必須であることが明らかになった。HYDINは原発性繊毛運動不全症の原因遺伝子であり、繊毛の運動不全だけではなく精子鞭毛形成異常を示す可能性が示唆された。さらにDNAH8がマウスの精子鞭毛形成に必須であることも明らかになった。男性不妊患者でもDNAH8の変異を見つけており、DNAH8のさらなる機能解明は男性不妊の原因究明や治療法の開発に繋がると期待される。

研究成果

• [国際共同研究] ベイラー医科大学(米国)
• [国際共同研究] 復旦大学(中国)
• [国際共同研究] ベイラー医科大学(米国)
• [国際共同研究] ベイラー医科大学(米国)
• [雑誌論文] ARMC12 regulates spatiotemporal mitochondrial dynamics during spermiogenesis and is required for male fertility (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimada Keisuke、Park Soojin、Miyata Haruhiko、Yu Zhifeng、Morohoshi Akane、Oura Seiya、Matzuk Martin M.、Ikawa Masahito
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118 号: 6 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1073/pnas.2018355118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CRISPR/CAS9-mediated amino acid substitution reveals phosphorylation residues of RSPH6A are not essential for male fertility in mice†. (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyata H, Abbasi F, Visconti PE, Ikawa M.
  • 雑誌名: Biol Reprod. 巻: 103 号: 5 ページ: 912-914
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa161
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cfap97d1 is important for flagellar axoneme maintenance and male mouse fertility (2020)
  • 著者名/発表者名: Oura Seiya、Kazi Samina、Savolainen Audrey、Nozawa Kaori、Castaneda Julio、Yu Zhifeng、Miyata Haruhiko、Matzuk Ryan M.、Hansen Jan N.、Wachten Dagmar、Matzuk Martin M.、Prunskaite-Hyyrylainen Renata
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 16 号: 8 ページ: e1008954-e1008954
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1008954
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Bi-allelic DNAH8 Variants Lead to Multiple Morphological Abnormalities of the Sperm Flagella and Primary Male Infertility (2020)
  • 著者名/発表者名: Liu Chunyu、Miyata Haruhiko、Gao Yang、Sha Yanwei、Tang Shuyan、Xu Zoulan、、、Wu Huan、Dulioust Emmanuel、Tian Shixiong、Shimada Keisuke、Cong Jiangshan、、、Aminata、Zhang Feng、Ikawa Masahito
  • 雑誌名: The American Journal of Human Genetics 巻: 107 号: 2 ページ: 330-341
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2020.06.004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9-based genome editing in mice uncovers 13 testis- or epididymis-enriched genes individually dispensable for male reproduction (2020)
  • 著者名/発表者名: Sun Jiang、Lu Yonggang、Nozawa Kaori、Xu Zoulan、Morohoshi Akane、Castaneda Julio M、Noda Taichi、Miyata Haruhiko、Abbasi Ferheen、Shawki Hossam H、Takahashi Satoru、Devlin Darius J、Yu Zhifeng、Matzuk Ryan M、Garcia Thomas X、Matzuk Martin M、Ikawa Masahito
  • 雑誌名: Biology of Reproduction 巻: N/A 号: 2 ページ: 183-194
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa083
  • NAID: 120007190927
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis of the sperm flagellar axoneme using gene-modified mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyata H, Morohoshi A, Ikawa M.
  • 雑誌名: Experimental Animals 巻: 69 号: 4 ページ: 374-381
  • DOI: 10.1538/expanim.20-0064
  • NAID: 130007938660
  • ISSN: 0007-5124, 1341-1357, 1881-7122
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CIB4 Is Essential for the Haploid Phase of Spermatogenesis in Mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Zoulan Xu, Haruhiko Miyata, Yuki Kaneda, Julio M Castaneda, Yonggang Lu, Akane Morohoshi, Zhifeng Yu, Martin M Matzuk, Masahito Ikawa
  • 雑誌名: Biology of Reproduction 巻: 102 号: 2 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa059
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Knockout of serine-rich single-pass membrane protein 1 (Ssmem1) causes globozoospermia and sterility in male mice†. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nozawa K, Zhang Q, Miyata H, Devlin DJ, Yu Z, Oura S, Koyano T, Matsuyama M, Ikawa M, Matzuk MM.
  • 雑誌名: Biol Reprod. 巻: 103 号: 2 ページ: 244-253
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa040
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Testis‐enriched kinesin KIF9 is important for progressive motility in mouse spermatozoa (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyata Haruhiko、Shimada Keisuke、Morohoshi Akane、Oura Seiya、Matsumura Takafumi、Xu Zoulan、Oyama Yuki、Ikawa Masahito
  • 雑誌名: The FASEB Journal 巻: 34 号: 4 ページ: 5389-5400
  • DOI: 10.1096/fj.201902755r
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nexin-Dynein regulatory complex component DRC7 but not FBXL13 is required for sperm flagellum formation and male fertility in mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Morohoshi Akane、Miyata Haruhiko、Shimada Keisuke、Nozawa Kaori、Matsumura Takafumi、Yanase Ryuji、Shiba Kogiku、Inaba Kazuo、Ikawa Masahito
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 16 号: 1 ページ: 1-21
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1008585
  • NAID: 120007159540
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Glycerol kinase 2 is essential for proper arrangement of crescent-like mitochondria to form the mitochondrial sheath during mouse spermatogenesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimada K, Kato H, Miyata H, Ikawa M.
  • 雑誌名: Journal of Reproduction and Development 巻: 65 号: 2 ページ: 155-162
  • DOI: 10.1262/jrd.2018-136
  • NAID: 130007630929
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9-mediated genome editing reveals 30 testis-enriched genes dispensable for male fertility in mice† (2019)
  • 著者名/発表者名: Yonggang Lu, Oura Seiya, Matsumura Takafumi, et al.
  • 雑誌名: Biology of Reproduction 巻: 101 号: 2 ページ: 501-511
  • DOI: 10.1093/biolre/ioz103
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chimeric analysis with newly established EGFP/DsRed2-tagged ES cells identify HYDIN as essential for spermiogenesis in mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Oura Seiya、Miyata Haruhiko、Noda Taichi、Shimada Keisuke、Matsumura Takafumi、Morohoshi Akane、Isotani Ayako、Ikawa Masahito
  • 雑誌名: Experimental Animals 巻: 68 号: 1 ページ: 25-34
  • DOI: 10.1538/expanim.18-0071
  • NAID: 130007604401
  • ISSN: 0007-5124, 1341-1357, 1881-7122
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RSPH6A is required for sperm flagellum formation and male fertility in mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Abbasi Ferheen、Miyata Haruhiko、Shimada Keisuke、Morohoshi Akane、Nozawa Kaori、Matsumura Takafumi、Xu Zoulan、Pratiwi Putri、Ikawa Masahito
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 131 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1242/jcs.221648
  • NAID: 120006957445
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Factors controlling sperm migration through the oviduct revealed by gene-modified mouse models (2018)
  • 著者名/発表者名: fujihara Y, Miyata H, Ikawa M.
  • 雑誌名: Experimental Animals 巻: 67 号: 2 ページ: 91-104
  • DOI: 10.1538/expanim.17-0153
  • NAID: 130006733631
  • ISSN: 0007-5124, 1341-1357, 1881-7122
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TCTE1 is a conserved component of the dynein regulatory complex and is required for motility and metabolism in mouse spermatozoa. (2017)
  • 著者名/発表者名: Castaneda JM, Hua R, Miyata H, Oji A, Guo Y, Cheng Y, Zhou T, Guo X, Cui Y, Shen B, Wang Z, Hu Z, Zhou Z, Sha J, Prunskaite-Hyyrylainen R , Yu Z, Ramirez-Solis R, Ikawa M, Matzuk MM and Liu M
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 114(27) 号: 27
  • DOI: 10.1073/pnas.1621279114
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Revolutionizing male fertility factor research in mice by using the genome editing tool CRISPR/Cas9. (2017)
  • 著者名/発表者名: Abbasi F, Miyata H, Ikawa M.
  • 雑誌名: Reproductive Medicine and Biology 巻: 17(1) 号: 1 ページ: 3-10
  • DOI: 10.1002/rmb2.12067
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] KIF9はマウス精子運動性の制御に重要である (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮田治彦, 嶋田圭祐, 諸星茜, 大浦聖矢, 松村貴史, Zoulan Xu, 大山裕貴, 伊川正人
  • 学会等名: 日本アンドロロジー学会 第39回学術大会
• [学会発表] DRC7 is required for sperm flagellum formation and male fertility in mice (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮田治彦, 諸星茜, 嶋田圭祐, 野澤香織, 松村貴史, 伊川正人
  • 学会等名: 52nd Annual Meeting of the Society for the Study of Reproduction
  • 国際学会
• [学会発表] ゲノム編集技術を用いた精子機能の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮田治彦
  • 学会等名: 第66回日本実験動物学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] マウスRSPH6Aは精子鞭毛の形成と生殖能力に必須である (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮田治彦, Ferheen Abbasi, 嶋田圭祐, 諸星茜, 野澤香織, 松村貴史, Zoulan Xu, Putri Pratiwi, 伊川正人
  • 学会等名: 日本アンドロロジー学会第38回学術大会
• [学会発表] CRISPR/Cas9システムを駆使した精子機能の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮田治彦、Julio M Castaneda、大浦聖矢、伊川正人
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] RSPH6A is essential for sperm flagellum formation and male fertility in mice (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮田治彦, Ferheen Abbasi, 嶋田圭祐, 諸星茜, 野澤香織, 松村貴史, 伊川正人
  • 学会等名: 51st Annual Meeting of the Society for the Study of Reproduction
  • 国際学会
• [学会発表] マウスRSPH6Aは精子鞭毛の形成と生殖能力に必須である (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮田治彦, Ferheen Abbasi, 嶋田圭祐, 松村貴史, 諸星茜, 伊川正人
  • 学会等名: 第65回日本実験動物学会総会
• [学会発表] CABYR is essential for fibrous sheath integrity and progressive motility in mouse spermatozoa (2017)
  • 著者名/発表者名: Haruhiko Miyata, Samantha A.M. Young, Yuhkoh Satouh, R. John Aitken, Mark A. Baker, Masahito Ikawa
  • 学会等名: Fertilization & Activation of Development (Gordon Research Conference)
  • 国際学会
• [学会発表] Sperm motility and its competency for mammalian fertilization (2017)
  • 著者名/発表者名: Haruhiko Miyata, Masahito Ikawa
  • 学会等名: 50th Annual Meeting of the Society for the Study of Reproduction
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] IZUMO1の細胞内領域はマウスの生殖能力に必須ではない (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田治彦、Samantha A.M. Young、佐藤裕公、武藤真長、Martin R. Larsen、R. John Aitken、Mark A. Baker、伊川正人
  • 学会等名: 第64回日本実験動物学会総会
• [学会発表] ゲノム編集技術を用いた精子機能の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田治彦
  • 学会等名: 安全性評価研究会
  • 招待講演
• [図書] ゲノム編集技術を用いた精子機能の解析 (谷本学校 毒性質問箱) (2018)
  • 著者名/発表者名: 諸星茜，宮田治彦，伊川正人
  • 総ページ数: 100
  • 出版者: サイエンティスト社
• [図書] 宮田治彦, 伊川正人 (2017)
  • 著者名/発表者名: ゲノム編集と生殖工学への応用 (臨床婦人科産科)
  • 総ページ数: 95
  • 出版者: 医学書院
• [備考] 遺伝子機能解析分野 HP
  • URL: https://egr.biken.osaka-u.ac.jp/achievement/original_articles
• [備考] 大阪大学微生物病研究所遺伝子機能解析分野HP
  • URL: http://www.egr.biken.osaka-u.ac.jp/information/results/index.html