アンドロゲン受容体の機能分化からみる多様な雄性形質発現の基本原理

• 研究課題/領域番号: 19K06741
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44040:形態および構造関連
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 荻野 由紀子 九州大学, 農学研究院, 准教授 (00404343)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: アンドロゲン / 遺伝子重複 / 多様化 / 二次性徴 / メダカ / ゲノム重複 / 雄性形質

研究開始時の研究の概要

本研究では、真骨魚類をモデルとし、アンドロゲン受容体(AR)遺伝子のゲノム重複に伴う重複・新機能獲得と、形態・神経機能における二次性徴形質の多様化との関連性の解明を進める。メダカAR変異体を用いた表現型解析から、形態・神経機能におけるARパラログの機能の相違を明らかにする。それぞれのARパラログがFLAGとの融合遺伝子として発現するノックインメダカを用いて、二次性徴発現過程における発現動態を解析する。さらにChIPseq、ATACseqを用いた連鎖解析によりARパラログ特異的なアンドロゲン応答ゲノム領域、下流標的遺伝子を同定し、ARパラログ特異的な転写制御機構を明らかにする。

研究成果の概要

オスに特徴的な二次性徴形質の獲得進化は、多彩な繁殖戦略を可能とし、真骨魚類の爆発的な種分化と繁栄をもたらした重要な要因と考えられる。この進化には、真骨魚類の共通祖先で起きた全ゲノム重複（TSGD)が貢献したことが予想される。しかし、重複遺伝子の新たな役割の獲得や役割分担の道筋には謎が多く残されている。本研究ではTSGDにより重複したアンドロゲン受容体遺伝子(Ara, Arb)のメダカにおける役割とそれらのシグナル経路について変異体を用いて詳しく比較した。その結果、Arが精子形成の役割を別の遺伝子に任せて、オスに特徴的な“かたち、体色、繁殖行動”に役割分担を進めて特殊化したことを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで、重複遺伝子群は、祖先的な役割を保ちながら、役割を新たに獲得、あるいは分担することにより、より複雑な仕組みを作り上げると理解されてきた。本研究により、祖先遺伝子が担っていた役割を大胆に捨て、かつコピー数を増やして仕事の分担を進めて特殊化していったことにより、真骨魚類の多様化と繁栄をもたらした多様な二次性徴形質が獲得されたと考えられた。魚の美しさや行動の多様化と全ゲノム重複によるアンドロゲン受容体遺伝子の重複進化との関連性を詳細に示した最初の例であり、生物の性的特徴の多様化とゲノム進化の関係を探る上で大きな一歩を示した。

研究成果

• [国際共同研究] University of California, San Diego(米国)
• [雑誌論文] Evolutionary differentiation of androgen receptor is responsible for sexual characteristic development in a teleost fish (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Ogino, S. Ansai, E. Watanabe, M. Yasugi, Y. Katayama, H. Sakamoto, K. Okamoto, K. Okubo, Y. Yamamoto, I. Hara, T. Yamazaki, A. Kato, Y. Kamei, K. Naruse, K. Ohta, H. Ogino, T. Sakamoto, S. Miyagawa, T. Sato, G. Yamada, M. Baker & T. Iguchi
  • 雑誌名: Nature communications 巻: 14 号: 1 ページ: 1428-1428
  • DOI: 10.1038/s41467-023-37026-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] アンドロゲン受容体の重複進化による魚類の性的二型形質の多様化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 荻野由紀子
  • 学会等名: NBRP主催シンポジウム「バイオリソースで解決する21世紀の社会課題」
  • 招待講演
• [学会発表] 仮題：魚類の性的二型形質の多様化の遺伝基盤 (2023)
  • 著者名/発表者名: 荻野由紀子
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] アンドロゲン受容体の重複と機能分化から見る魚類の性的二型形質の多様化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荻野由紀子
  • 学会等名: 2022年度日本魚類学会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of androgen-dependent sexual character development in Japanese medaka: Combinatorial analyses of RNA-seq and ATAC-seq (2021)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Ogino, Satoshi Ansai, Taisen Iguchi
  • 学会等名: 54th Annual Meeting of Japan Society of Developmental Biologists
• [学会発表] アンドロゲン依存的な二次性徴形質の領域特異的な発現制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荻野由紀子、岡本啓吾、安齋 賢、井口泰泉
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Regulation of tissue-specific sex characteristics development in Medaka: Combinatorial analyses of RNAseq and ATACseq (2020)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Ogino, Satoshi Ansai, Taisen Iguchi
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会 (MBSJ2020)
• [学会発表] Functional analysis of two distinct paralogs of androgen receptor for the sex characteristics development in medaka, (2019)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Ogino, Hirotaka Sakamoto, Eiji Watanabe, Satoshi Ansai, Kiyoshi Naruse, Taisen Iguchi
  • 学会等名: 52nd Annual Meeting of JSDB cosponsored by APDBN
  • 国際学会
• [学会発表] 魚類の多彩な繁殖様式を導く二次性徴形質の多様化と進化の分子基盤 (2019)
  • 著者名/発表者名: 荻野由紀子、坂本浩隆、渡辺英治、安齋 賢、井口泰泉
  • 学会等名: 第90回日本動物学会
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular basis of androgen dependent sex characteristics development and evolution with teleost fishes as model species (2019)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Ogino, Satoshi Ansai, Hirotaka Sakamoto, Eiji Watanabe, Kiyoshi Naruse and Taisen Iguchi
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [備考] 九州大学プレスリリース「アンドロゲン受容体の重複進化による、”かたちと繁殖行動”の多様化
  • URL: https://www.kyushu-u.ac.jp/f/52073/23_0327_01.pdf
• [備考] 九州大学大学院 農学研究院 資源生物科学専攻 動物・海洋生物科学教育コース 水族分子発生学研究室
  • URL: http://www.agr.kyushu-u.ac.jp/lab/ogino-lab/