ホヤの受精機構に関する研究

• 研究課題/領域番号: 20K06621
• 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44010:細胞生物学関連
• 研究機関: 金城学院大学
• 研究代表者: 澤田 均 金城学院大学, 生活環境学部, 教授 (60158946)
• 研究分担者: 齋藤 貴子 静岡大学, 農学部, 助教 (10778038)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 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: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 受精 / 自家不稔性 / 自家不和合性 / 精子 / ライシン / ホヤ / 自家不稔

研究開始時の研究の概要

精子と卵の相互作用で開始される受精現象は、種認識や同種異個体細胞認識（雌雄同体生物の場合）など、様々なプロセスで巧妙に制御されることにより、単精受精を可能にしている。しかし、その受精の分子メカニズに関しては未だに不明な点が多い。本研究では、配偶子調製と受精実験の容易な海産無脊椎動物ホヤ（脊索動物）を用いて、受精機構の解明を目指す。特に、卵黄膜に精子通過孔を開ける卵黄膜ライシンに関する研究と、雌雄同体のホヤが自家受精を防ぐ自家不和合性機構の研究に焦点を絞る。この2点の研究を通して、ホヤの受精機構に関する理解を深め、哺乳類を含む新口動物全体における受精の共通原理の解明を目指す。

研究成果の概要

尾索動物ホヤを用いて、精子の卵黄膜通過機構と、雌雄同体のホヤが自家受精を防ぐ自家不稔機構について研究した。マボヤとカタユウレイボヤでは精子プロテアソームが精子の卵黄膜通過に重要な役割を果たすことを示しているが、カタユウレイボヤでは、アスタシン様金属プロテアーゼ(tast)も重要な機能を果たすことを報告している。今回、マボヤの受精においてもtastが重要な役割を果たすことを明らかにした。一方、自家不稔機構に関しては、精子因子s-Themisと卵黄膜因子v-Themisの３ペアが関わることを遺伝学的解析で示しているが、今回s-Themisが精子で発現していることを生化学的解析により確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

我が国では夫婦4.4組に１組が不妊症で、その約半数は男性側に原因があると言われている。男性不妊症への対応として、ICSI(卵細胞質内精子注入法)等の人工授精法がとられているが、受精の分子機構に関する研究は進んでいない。　私は受精実験の容易なホヤを用いて、精子プロテアソームが受精時にライシンとして機能することを初めて報告し、その後哺乳類でも同様であることが報告された。またホヤの自家不稔性に関わる精子タンパク質のホモログが哺乳類精子にも存在し、個体間多型があるという。これらの知見は、男性不妊症の一因がライシン系の異常や男女間の遺伝的近縁関係に関わる可能性を示唆しており、興味深い基礎研究といえる。

研究成果

• [雑誌論文] Involvement in Fertilization and Expression of Gamete Ubiquitin-Activating Enzymes UBA1 and UBA6 in the Ascidian Halocynthia roretzi (2023)
  • 著者名/発表者名: Sawada Hitoshi、Inoue Shukumi、Saito Takako、Otsuka Kei、Shirae-Kurabayashi Maki
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 24 号: 13 ページ: 10662-10662
  • DOI: 10.3390/ijms241310662
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanisms of sperm-egg interactions: What ascidian fertilization research has taught us. (2022)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Sawada, Takako Saito
  • 雑誌名: Cells 巻: 11 号: 13 ページ: 2096-2096
  • DOI: 10.3390/cells11132096
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fertilization of Ascidians: Gamete Interaction, Self/Nonself Recognition and Sperm Penetration of Egg Coat (2022)
  • 著者名/発表者名: Saito Takako、Sawada Hitoshi
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 9 ページ: 827214-827214
  • DOI: 10.3389/fcell.2021.827214
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Removal of the block to self-fertilization by low-calcium artificial seawater in the ascidian Ciona intestinalis. (2022)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto, S. Kinjo, K., Saito, T., and Sawada, H.
  • 雑誌名: Zygote 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] A dynein-associated photoreceptor protein prevents ciliary acclimation to blue light (2021)
  • 著者名/発表者名: Kutomi O, Yamamoto R, Hirose K, Mizuno K, Nakagiri Y, , , , , , , Shibata D, Shibata M, Shiba K, Kita M, Kigoshi H, Tanaka Y, Yamasaki Y, Asahina Y, Song C, Nomura M, Nomura M, Nakajima A, Nakachi M, Yamada L, Nakazawa S, Sawada H, Murata K, Mitsuoka K, Ishikawa T, Wakabayashi K, Kon T, Inaba K
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 号: 9
  • DOI: 10.1126/sciadv.abf3621
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phylogenetic comparisons reveal mosaic histories of larval and adult shell matrix protein deployment in pteriomorph bivalves (2020)
  • 著者名/発表者名: Ran Zhao, Takeshi Takeuchi, Ryo Koyanagi, Alejandro Villar-Briones, Lixy Yamada, Hitoshi Sawada, Akito Ishikawa, Shunsuke Iwanaga, Kiyohito Nagai, Yuqi Che, Noriyuki Satoh, Kazuyoshi Endo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10(1) 号: 1 ページ: 22140-22140
  • DOI: 10.1038/s41598-020-79330-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] カタユウレイボヤ精子における自他認識分子s-Themis-A/Bの検出と相互作用分子の同定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 花﨑可奈、橋井則貴、金城敬太、澤田均、齋藤貴子
  • 学会等名: 日本動物学会
• [学会発表] ホヤにおける卵膜ライシンに関する総括と新展開について (2023)
  • 著者名/発表者名: 澤田均
  • 学会等名: ホヤ研究会
• [学会発表] Sperm astacin-like metalloproteases are involved in sperm penetration through the vitelline coat during ascidian fertilization. (2022)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Sawada
  • 学会等名: 11th International Tunicate Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] カタユウレイボヤの自家不和合性に及ぼす細胞外カルシウムイオン濃度と精子濃度の影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 金城敬太、笹浪知宏、澤田 均、齋藤貴子
  • 学会等名: 日本動物学会
• [学会発表] ホヤの受精における自己非自己細胞認識とライシン系について (2021)
  • 著者名/発表者名: 澤田 均
  • 学会等名: 日本動物学会 第39回ホヤの生物学談話会
  • 招待講演
• [学会発表] ホヤの自家不和合機構と精子プロテアーゼの役割 (2020)
  • 著者名/発表者名: 澤田 均
  • 学会等名: 第5回ホヤ研究会
• [学会発表] ホヤの受精研究から学んだこと (2020)
  • 著者名/発表者名: 澤田 均
  • 学会等名: 第7回生殖若手の会
  • 招待講演