| 研究課題/領域番号 |
22H00386
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分40:森林圏科学、水圏応用科学およびその関連分野
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
太田 耕平 九州大学, 農学研究院, 教授 (10585764)
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| 研究分担者 |
荻野 由紀子 九州大学, 農学研究院, 准教授 (00404343)
馬場 崇 九州大学, 医学研究院, 准教授 (40435524)
Chakraborty Tapas 九州大学, 農学研究院, 助教 (70715440)
Mohapatra Sipra 九州大学, 農学研究院, 学術研究員 (80715441)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2025年度)
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| 配分額 *注記 |
42,510千円 (直接経費: 32,700千円、間接経費: 9,810千円)
2025年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2024年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
2023年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
2022年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)
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| キーワード | 魚類生殖腺 / 性的可塑性 / 1細胞解析 / 空間的遺伝子発現解析 / 性転換 / 魚類 / 生殖幹細胞 / シングルセル解析 / １細胞解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
魚類の性を自在に統御するには、それぞれの種が有する性的可塑性の特徴を細胞レベルで理解する必要がある。本研究では、性転換モデル系に空間的遺伝子発現解析を初めて導入し、生殖腺の性転換の起点になる未分化体細胞の位置情報をもとに生殖幹細胞との相互作用を分子レベルで明らかにする。同時に、各種シングルセル解析と培養系を駆使して研究を進め、“卵形成と精子形成の切り換え”の制御機構を解明する。さらに、雌雄異体魚との比較を行い、将来、全ての魚類において個体、生殖腺、および細胞の性を自在に統御するために必要な“性的可塑性の共通原理”に関する情報を得る。
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| 研究実績の概要 |
前年度までの性転換モデル魚を用いた研究結果から、性転換魚の生殖腺において未分化体細胞の存在が明示され、この細胞を起点として顆粒膜細胞からセルトリ細胞への分化への切換えが起こると示唆された。すなわち、生殖腺の性転換の際に速やかに未分化体細胞の分化が起こり、それに続いて起こる生殖幹細胞との相互作用によって卵形成と精子形成が切り換わることが予想された。本年度は、生殖幹細胞と未分化体細胞以外の細胞の関与や両細胞集団外の因子の影響を調べるために、生殖腺全体の細胞を対象としたシングルセル解析を試みた。その結果、生殖細胞クラスターの中に生殖幹細胞マーカー（nanos2）を発現する細胞が検出され、生殖幹細胞から雌雄の生殖細胞への分化パターンが示唆された。また、支持細胞やステロイド産生細胞などのクラスターが認められ、支持細胞クラスターにcyp19a1(顆粒膜細胞マーカー)と dmrt1(セルトリ細胞マーカー)を発現する細胞が存在したことから、未分化体細胞からの雌雄の支持細胞への分化に加えて、雌雄の支持細胞間での分化転換の有無やその分子機構についての可能性も検討した。加えて、免疫系細胞が多数検出され、生殖腺組織の著しい変化への関与が予想された。一方、生殖幹細胞と未分化体細胞の空間配置を明らかにするため、高深度かつ局所的な空間的遺伝子発現解析のPIC(Photo-Isolation Chemistry)法による解析を進めるとともに、生殖腺全体で網羅的に解析するVisium法（10x Genomics）よる解析を試みた。また、候補因子やその受容体をリスト化し、器官培養による添加・阻害実験を行い、機能解析を進めた。さらに、雌雄異体で海産モデル魚のカタクチイワシとのゲノム情報の比較により、cyp19a1とdmrt1の遺伝子上流域にDNAメチル化予想部位を含めて顕著な違いがあることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画通り、性転換モデル魚を研究材料として、シングルセル解析と空間的遺伝子発現解析の統合による性的可塑性の分子・細胞機構についての解析を進めている。これまでに、生殖幹細胞と未分化体細胞の性転換初期の挙動やそれに関わる遺伝子発現機構を明らかにするとともに、生殖幹細胞についてはその局在や分化パターンに関する解析がすすんでいる。さらには生殖腺全体での細胞変化についても解析を行い、免疫関連細胞を含めた各種細胞の生殖腺における存在や動態が明らかになるなど、順調に研究が進展している。また、雌雄異体の小型モデル魚であるメダカにおいても、生殖幹細胞で特徴的に発現するoct4が生殖腺の性的可塑性を制御する主要な因子であることが示されるなど、魚類生殖腺の性的可塑性の分子・細胞機構に関わる重要な成果が得られている。さらに、海産モデル魚のカタクチイワシについても性的可塑性とエピジェネティクスとの関連を含めて解析も進めており、研究はおおむね順調である。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は引き続き、性転換モデル魚を用いて各遺伝子や“卵/精子形成の切り換え”に関わると予想される因子を培養実験系により解析する。生殖幹細胞の単独培養系、未分化体細胞との共培養系(接触培養や非接触培養)、及び器官培養系を用いる。RNAi、遺伝子導入、ゲノム編集等による各遺伝子の機能欠失/獲得実験や各種阻害剤を利用し、鍵因子とその作用機序を特定する。また、未分化体細胞の分化を上位で制御する機構とその分子基盤を解析する。隣接する細胞からの接着因子や、小細胞集団の外からの分泌因子が予想されることから、接着因子については関心領域を周辺部に広げて解析するとともに、分泌因子については、性ステロイドおよびその他の分泌因子について、生殖腺全体の網羅的遺伝子発現解析により探索する。血液成分の解析についても必要に応じて行う。加えて、未分化体細胞が発現する受容体とその下流因子の変化に関わる候補因子とその受容機構を絞り込み、最終的に培養実験系を利用して上位制御因子とその作用機序の解析を進める。一方、ゲノム情報から、初動遺伝子群の発現制御領域における共通性(転写因子結合領域等の特徴的配列)や、転写因子が機能するためのエピジェネティクス基盤について、シングルセルATAC-seq等を用いて解析する。さらに、雌雄異体で小型モデル魚のメダカと海産モデル魚のカタクチイワシを用いて、それぞれの種に性ステロイド処理などを施し、細胞局在、遺伝子発現動態、エピジェネティクスについて、性転換モデルで明らかとなった因子やカスケードを中心に比較し、未分化体細胞の種間での違いに着目し、性的可塑性の共通性と特異性を生み出す仕組みの解明を進める。
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