アンドロゲン応答形質の多様化と適応の分子生物学的基盤

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K07138
• 研究機関: 大学共同利用機関法人自然科学研究機構（岡崎共通研究施設）
• 研究代表者: 荻野 由紀子 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 助教 (00404343)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: アンドロゲン / 二次性徴 / 性行動 / 真骨魚類 / ゲノム重複

研究実績の概要

本研究は、メダカを含む真骨魚類をモデルに、1.アンドロゲン受容体（AR）遺伝子の重複、分子進化と多様な真骨魚類の二次性徴との関連性、2.雄性形質発現の分子基盤となるアンドロゲン応答の分子機構と、その下流のシグナリングネットワークの解明、3.複数の非モデル真骨魚類と二次性徴発現機構を比較解析し、アンドロゲンによって誘導される生物多様性の根源的な理解を深めるものである。初年度は、真骨魚類２分子種ARの分子機能、構造比較解析およびメダカAR 変異体の個体レベルの表現型解析（形態、繁殖行動解析）を重点的に進めた。真骨魚類で広く見られる２分子種AR タンパク質の転写活性の相違は、リガンドと相互作用するアミノ酸１残塩置換に起因し、リガンドとレセプターの相互作用の変化をもたらしていることが明らかとなった。ARβ変異体メダカの雄は、尻鰭や背びれに見られる雄の形質が欠損しており、外部形態に現れる繁殖形質の多くは、ARβ遺伝子によって制御されていることがわかった。一方、ARα変異体メダカ雄は、鰭における形態異常は示さなかったが、繁殖行動解析から性的なモチベーションが維持できない傾向が認められた。以上の結果から、真骨魚類２分子AR遺伝子は生体内において異なる機能を担っていることが明らかとなった。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

真骨魚類２分子種ARの分子機能、構造の相違、その進化過程がin vitro機能解析およびコンピューターシュミレーションにより明らかとなった (Ogino et al. Mol Biol Evol. 2006)。さらに、メダカAR 変異体の個体レベルの形態、繁殖行動解析から、本研究の最重要主眼であるARα, ARβの生体内での機能分担についての情報を得ることができた。これらの結果から、多様な雄性形質発現の遺伝的背景として、AR 遺伝子重複の進化学的意義が明らかとなった。一方で、アンドロゲン応答性Creメダカの作出においては、トゲウオスピギン遺伝子由来アンドロゲン応答配列を用いてトランスジェニックメダカを作出したが、十分な発現が得られておらず、改良を進めている。

今後の研究の推進方策

アンドロゲン応答に必須の分子環境についての情報を得ると共に、アンドロゲン応答と形態形成制御遺伝子との間の遺伝子、シグナリングネットワークを解明する。具体的には、アンドロゲン応答性の未分化間葉細胞に注目し、メダカ、カダヤシ、ソードティルフィッシュを用いた比較解析を進める。ARE-Cre メダカ系統、ARα, ARβをGFPとの融合遺伝子として発現するAR-GFPノックインメダカの作出を引き続き進め、アンドロゲン応答性細胞の単離、AR サブタイプ特異的標的遺伝子群をスクリーニングする。

次年度使用額が生じた理由

初年度は分子進化解析、繁殖行動解析、表現型解析を中心として進めており、遺伝子発現解析について必要な試薬等の購入経費の使用が次年度となった。

次年度使用額の使用計画

本年度は、表現型発現に至る分子基盤、すなわちAR遺伝子重複によるアンドロゲンシグナリングネットワークの拡大について、詳細な分子レベルの解析が必要である。よって、遺伝子発現解析や新たなtoolとして開発しているトランスジェニックメダカの作出に経費を必要とする。

研究成果

• [国際共同研究] University of California(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of California
• [雑誌論文] Evolution of estrogen receptors in ray-finned fish and their comparative responses to estrogenic substances (2016)
  • 著者名/発表者名: Tohyama S, Miyagawa S, Lange A, Ogino Y, Mizutani T, Ihara M, Tanaka H, Tatarazako N, Kobayashi T, Tyler CR, Iguchi T
  • 雑誌名: J Steroid Biochem Mol Biol 巻: 158 ページ: 189-197
  • DOI: 10.1016/j.jsbmb.2015.12.009.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Androgen regulates Mafb expression through its 3’UTR during mouse urethral masculinization (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsushita S, Suzuki K, OginoY, Hino S, Sato T, Suyama M, Matsumoto T, Omori A, Inoue S, Yamada G
  • 雑誌名: Endocrinology 巻: 157 ページ: 844-857
  • DOI: 10.1210/en.2015-1586.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neofunctionalization of androgen receptor by gain-of-function mutations in teleost fish lineage (2016)
  • 著者名/発表者名: Ogino Y, Kuraku S, Ishibashi H, Miyakawa H, Sumiya E, Miyagawa S, Matsubara H, Yamada G, Baker ME, Iguchi T
  • 雑誌名: Mol Biol Evol 巻: 33 ページ: 228-244
  • DOI: 10.1093/molbev/msv218
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] TRPV4 associates environmental temprerature and sex determination in the American alligator (2015)
  • 著者名/発表者名: Yatsu R, Miyagawa S, Kohno S, Saito S, Ogino Y, Katsu Y, Ohta Y, Tominaga M, Guillette LJ, Iguchi T
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 18581
  • DOI: 10.1038/srep18581.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Identification and characterization of the androgen receptor from the American alligator, Alligator mississippiensis (2015)
  • 著者名/発表者名: Miyagawa S, Yatsu R, Kohno S, Doheny BM, Ogino Y, Ishibashi H, Katsu Y, Ohta Y, Guillette LJ Jr, Iguchi T
  • 雑誌名: Endocrinology 巻: 156 ページ: 2795-2806
  • DOI: 10.1210/en.2015-1037.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nortestosterone-derived synthetic progestogens do not activate the progestogen receptor of Murray-Darling rainbowfish (Melanotaenia fluviatilis) but are potent agonists of androgen receptors alpha and beta (2015)
  • 著者名/発表者名: Bain PA, Kumar A, Ogino Y, Iguchi T
  • 雑誌名: Aquat Toxicol 巻: 163 ページ: 97-101
  • DOI: 10.1016/j.aquatox.2015.03.021.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Understanding the molecular basisi for differences in responses of fish estrogen receptor subtypes to environmental estrogens (2015)
  • 著者名/発表者名: Tohyama S, Miyagawa S, Lange A, Ogino Y, Mizutani T, Tatarazako N, Katsu Y, Ihara M, Tanaka H, Ishibashi H, Kobayashi T, Tyler CR, Iguchi T
  • 雑誌名: Environ Sci Technol 巻: 49 ページ: 7439-7447
  • DOI: 10.1021/acs.est.5b00704.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] NMDA receptor activation upstream of methyl farnesoate signaling for short day-induced male offspring production in the water flea, Daphnia pulex (2015)
  • 著者名/発表者名: Toyota K, Miyakawa H, Yamaguchi K, Shigenobu S, Ogino Y, Tatarazako N, Miyagawa S, Iguchi T
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 16 ページ: 186
  • DOI: 10.1186/s12864-015-1392-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Methyl farnesoate synthesis is necessary for the environmental sex determination in the water flea Daphnia pulex (2015)
  • 著者名/発表者名: Toyota, K, Miyakawa, H, Hiruta, C, Furuta, K, Ogino, Y, Shinoda, T, Tatarazako, N, Miyagawa, S, Shaw, J.R, Iguchi, T
  • 雑誌名: J Insect Physiol 巻: 80 ページ: 22-30
  • DOI: 10.1016/j.jinsphys.2015.02.002.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of Oryzias latipes glucocorticoid receptors and their unique response to progestins (2015)
  • 著者名/発表者名: Miyagawa S, Lange A, Tohyama S, Ogino Y, Mizutani T, Kobayashi T, Tatarazako N, Tyler CR, Iguchi T
  • 雑誌名: J Appl Toxicol 巻: 35 ページ: 302-309
  • DOI: 10.1002/jat.3020.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Differential ligand selectivity of androgen receptors α and β from Murray-Darling rainbowfish (Melanotaenia fluviatilis) (2015)
  • 著者名/発表者名: Bain PA, Ogino Y, Miyagawa S, Iguchi T, Kumar A
  • 雑誌名: Gen Comp Endocrinol 巻: 212 ページ: 84-96
  • DOI: 10.1016/j.ygcen.2015.01.024.
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Functional analysis of androgen receptor gene in medaka: Insights into the diversified sex characteristics development in teleost fishes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Ogino, Shigehiro Kuraku, Hiroshi Ishibashi, Masaki Yasugi, Eji Watanabe, Yasuhiro Kamei, Yoshihito Taniguchi, Taisen Iguchi
  • 学会等名: International Meeting on Aquatic Model Organisms for Human Disease and Toxicology Research,
  • 発表場所: 愛知県 岡崎市 岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2016-03-18 – 2016-03-19
  • 国際学会
• [学会発表] Structural and functional differences of two distinct paralogs of androgen receptor in medaka (2015)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Ogino, Shigehiro Kuraku, Hiroshi Ishibashi, Masaki Yasugi, Eji Watanabe, Yasuhiro Kamei, Shinichi Miyagawa, Taisen Iguchi
  • 学会等名: 第40回日本比較内分泌学会大会／日本比較生理生化学会第37回大会合同大会
  • 発表場所: 広島県 広島市 JMSアステールプラザ
  • 年月日: 2015-12-11 – 2015-12-13
• [学会発表] Diversified sex characteristics development in teleost fishes: Implication for evolution of androgen receptor (AR) gene function (2015)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Ogino(招待講演), Shigehiro Kuraku, Hiroshi Ishibashi, Masaki Yasugi, Eiji Watanabe, Yasuhiro Kamei, Hirotaka Sakamoto, Tatsuya Sakamoto, Gen Yamada, Taisen Iguchi
  • 学会等名: BMB2015(第38回日本分子生物学会年会／第88回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 兵庫県 神戸市、ポートピアホテル
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] Neofunctionalization of androgen receptor by gain-of-function mutations in teleost fish lineage (2015)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Ogino, Shigehiro Kuraku, Hiroshi Ishibashi, Hitoshi Miyakawa, Shinich Miyagawa, Gen Yamada, Michael E, Baker, Taisen Iguchi
  • 学会等名: The 63rd NIBB Conference “Environment to Bioresponse”
  • 発表場所: 愛知県 岡崎市 岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2015-11-30 – 2015-12-02
  • 国際学会
• [学会発表] 真骨魚類の多彩な性的二型“アンドロゲンによるオスの二次性徴” (2015)
  • 著者名/発表者名: 荻野由紀子
  • 学会等名: 萌える生物学（小型魚類研究会サテライトシンポジウム）
  • 発表場所: 大阪府 吹田市 大阪大学銀杏会館
  • 年月日: 2015-09-21 – 2015-09-21
  • 招待講演
• [学会発表] 真骨魚類AR遺伝子の分子進化と雄性形質発現に果たす役割 (2015)
  • 著者名/発表者名: 荻野由紀子、工樂樹洋、宮川一志、八杉公基、渡辺英治、亀井保博、坂本浩隆、坂本竜哉、宮川信一、井口泰泉
  • 学会等名: 第86回日本動物学会
  • 発表場所: 新潟県 新潟市 新潟コンベンションセンター朱鷺メッセ
  • 年月日: 2015-09-17 – 2015-09-19
• [学会発表] 真骨魚類の多彩な繁殖戦略をもたらした内分泌応答形質の多様化と適応 “卵胎生魚類カダヤシ、ソードティルフィッシュを用いた解析” (2015)
  • 著者名/発表者名: 荻野由紀子、井口泰泉
  • 学会等名: ユニークな少数派実験動物を扱う若手が最先端アプローチを勉強する会
  • 発表場所: 愛知県 岡崎市 岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2015-08-18 – 2015-08-19
  • 招待講演
• [学会発表] Gain of function mutations in two paralogous Androgen receptor (AR) genes of teleosts : Implications for evolution of AR gene function (2015)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Ogino, Shigehiro Kuraku, Hiroshi Ishibashi, Hitoshi Miyakawa , Shinichi Miyagawa, Gen Yamada, Michael E. Baker, Taisen Iguchi
  • 学会等名: 48th Annual Meeting for the Japanese Society of Developmental Biologists
  • 発表場所: 茨城県 つくば市 つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-06-02 – 2015-06-05
  • 国際学会
• [図書] Handbook of Hormones (分担執筆） (2015)
  • 著者名/発表者名: Takei Y, Ando H, Tsutsui K (Eds)
  • 総ページ数: 646
  • 出版者: Elsevier Academc Press