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精子における亜鉛ダイナミクスとその生理機能

公募研究

研究領域「生命金属科学」分野の創成による生体内金属動態の統合的研究
研究課題/領域番号 20H05507
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関大阪大学

研究代表者

河合 喬文  大阪大学, 医学系研究科, 助教 (70614915)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワード精子 / 亜鉛 / 電気生理学
研究開始時の研究の概要

亜鉛は生体内に微量しか存在しないが、生命機能の維持に必須の金属である。亜鉛は生体内
でもとりわけ精子に多く蓄積しているため、受精にも重要な役割を果たすと考えられる。しかし、精子における亜鉛の生理動態やその作用機序については、実際のところ殆ど分かっていない。本研究では、精子における受精時の亜鉛動態の制御機構と、その生理作用を分子レベルで明らかにする。

研究実績の概要

「受精能獲得」は、哺乳類の精子が受精に至るまでに必要な過程である。この過程においては、(1) H+輸送体(sNHE)を介した細胞のアルカリ化、(2) pH感受性K+チャネル(Slo3)の活性化による過分極応答、(3) Ca2+チャネル(CatSper)の活性化によるCa2+流入が生じ、いずれの応答も受精に必須である。そのためこれらの分子機能を制御する因子は、精子の品質を保つうえで重要となる。一方で、精子は生体内でもとりわけ多量の亜鉛イオンをその細胞内に蓄積していることで知られている。これまで、亜鉛は多様な蛋白質と結合し、重要な役割を果たすことが知られていたため、本研究ではこの精子における亜鉛イオンのダイナミクスと、その受精能獲得における生理作用を調べることを目的とした。亜鉛のダイナミクスについては、精子から亜鉛イメージングを行うことで、その動的な機構を検出することに成功した。また、精子における亜鉛の作用を電気生理学的に検証した結果、亜鉛イオンがその膜電位制御に関わることが示唆された。
そこで、次に精子の膜タンパク質を細胞発現系へと発現させ、inside outパッチクランプ法によって細胞内からの亜鉛の作用機序を調べた。その結果、亜鉛が細胞内から作用する様子を観察することがで来た。以上から、精子の受精能における亜鉛シグナルの意義について、これまで明らかになっていた亜鉛ダイナミクスの存在や、その精子運動制御における意義に加え、具体的な分子ターゲットを同定することに成功した

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Spotlight on the Binding Affinity of Ion Channels for Phosphoinositides: From the Study of Sperm Flagellum2022

    • 著者名/発表者名
      Kawai Takafumi、Okamura Yasushi
    • 雑誌名

      Frontiers in Physiology

      巻: 13 ページ: 1-5

    • DOI

      10.3389/fphys.2022.834180

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Heterologous functional expression of ascidian Nav1 channels and close relationship with the evolutionary ancestor of vertebrate Nav channels2021

    • 著者名/発表者名
      Kawai Takafumi、Hashimoto Masaki、Eguchi Natsuki、Nishino Junko M.、Jinno Yuka、Mori-Kreiner Risa、Aspaker Mans、Chiba Daijiro、Ohtsuka Yukio、Kawanabe Akira、Nishino Atsuo S.、Okamura Yasushi
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 296 ページ: 100783-100783

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2021.100783

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Heterogeneity of microglial proton channel in different brain regions and its relationship with aging.2021

    • 著者名/発表者名
      Kawai T,Takao K,Akter S,Abe M,Sakimura K,Miyakawa T,Okamura Y
    • 雑誌名

      J Neurochem.

      巻: - 号: 3 ページ: 624-641

    • DOI

      10.1111/jnc.15292

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Engineering an enhanced voltage-sensing phosphatase2020

    • 著者名/発表者名
      Kawanabe Akira、Mizutani Natsuki、Polat Onur K.、Yonezawa Tomoko、Kawai Takafumi、Mori Masayuki X.、Okamura Yasushi
    • 雑誌名

      Journal of General Physiology

      巻: 152 号: 5

    • DOI

      10.1085/jgp.201912491

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] TRPM5 Negatively Regulates Calcium-Dependent Responses in Lipopolysaccharide-Stimulated B Lymphocytes2020

    • 著者名/発表者名
      Sakaguchi Taiki、Okumura Ryu、Ono Chisato、Okuzaki Daisuke、Kawai Takafumi、Okochi Yoshifumi、Tanimura Natsuko、Murakami Mari、Kayama Hisako、Umemoto Eiji、Kioka Hidetaka、Ohtani Tomohito、Sakata Yasushi、Miyake Kensuke、Okamura Yasushi、Baba Yoshihiro、Takeda Kiyoshi
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 31 号: 10 ページ: 107755-107755

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2020.107755

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Slo3/Lrrc52 complex is sensitive to phosphoinositides2020

    • 著者名/発表者名
      Kawai Takafumi、Okamura Yasushi
    • 雑誌名

      Channels

      巻: 14 号: 1 ページ: 190-192

    • DOI

      10.1080/19336950.2020.1778393

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Regulation of hepatic oxidative stress by voltage‐gated proton channels (Hv1/VSOP) in Kupffer cells and its potential relationship with glucose metabolism2020

    • 著者名/発表者名
      Kawai Takafumi、Kayama Kento、Tatsumi Shoki、Akter Sharmin、Miyawaki Nana、Okochi Yoshifumi、Abe Manabu、Sakimura Kenji、Yamamoto Hiroyasu、Kihara Shinji、Okamura Yasushi
    • 雑誌名

      The FASEB Journal

      巻: 34 号: 12 ページ: 15805-15821

    • DOI

      10.1096/fj.202001056rrr

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 電位依存性ホスファターゼによる精子鞭毛におけるイノシトールリン脂質極性形成とそのメカニズム2021

    • 著者名/発表者名
      河合喬文
    • 学会等名
      第126回日本解剖学会総会・全国学術集会 / 第98回日本生理学会大会 合同大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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