2021 Fiscal Year Annual Research Report
A mechasism for bovine maternal immune tolerance toward pregnancy via sensing sperm and embryo
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20H03122
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| Research Institution | Obihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine |
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Principal Investigator |
宮本 明夫 帯広畜産大学, 畜産学部, 教授 (10192767)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今川 和彦 東海大学, 総合農学研究所, 特任教授 (00291956)
島田 昌之 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 教授 (20314742)
草間 和哉 東京薬科大学, 薬学部, 講師 (30579149)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 精子 / 受精卵 / 子宮 / TLR2 / IFNT / 受胎 / 免疫反応 / ウシ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)子宮の精子センシングと自然免疫反応：
初年度に発見した精子TLR2と子宮自然免疫応答の関わりを詳細に検証した結果、精子TLR2活性化は子宮腺への侵入と炎症反応誘起を促進し、遮断は反対に侵入と炎症反応誘起を減少させた。さらに、TLR2―リガンドの相互作用のコンピューターシミュレーション（in-silico）解析を行い、これらの免疫応答の分子メカニズムに子宮で分泌されるヒアルロン酸とその受容体であるCD44との結合が関係することを突き止めた。
(2)受精での精子センシング：
初年度（R２年度）に着手して進める予定だったが、R３年度に進めた。ウシ体外受精系を活用して、TLR2アンタゴニストによるレセプター遮断によって、受精する精子が卵子-卵丘細胞複合体（COC）に受容されるときの免疫システムとTLR2の関係について調べ、精子TLR2遮断によって、受精する精子の卵子透明帯への侵入が抑制され、受精率と胚盤胞への発生率が減少した。したがって、精子TLR2が透明帯侵入の際に完遂する先体反応促進と関係することが分かった。以上から、精子TLR2活性化は生体内での精子受性能獲得に関与していることが考えられた。
(3)子宮の初期胚センシングによる母体免疫寛容誘導：
初期胚が子宮に降りてきた直後の数日間で、IFNTが活性化する未知の子宮内カスケードによる母体全身系にいたる免疫寛容の増幅促進の機構を検証した。受精7日後に子宮内に初期胚が複数存在する過排卵牛の子宮かん流液を、プロテオームとmiRNAseq分析を行い、その結果をバイオインフォマティックス解析した。その結果、自然免疫細胞である好中球の機能が大きく増幅することが示され、初期胚が子宮内で分泌する微量のIFNTが、自然免疫細胞間のIFNTシグナルのスイッチを入れて全身系へ増幅する機構の存在が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2021年度の計画の（１）子宮の精子センシングと自然免疫反応、（２）受精での精子センシング（2020年度から持ち越し部分）、（３）子宮の初期胚センシングによる母体免疫寛容誘導の検証が進んだ。
１． 2020度に発見した精子TLR2と子宮自然免疫応答の関わりを詳細に検証した結果、精子TLR2活性化は運動パターンの超活性化を誘導して子宮腺への侵入と炎症反応誘起を促進し、遮断は反対に侵入と炎症反応誘起を減少させた。さらに、TLR2―リガンドの相互作用のコンピューターシミュレーション（in-silico）解析を行い、これらの免疫応答の分子メカニズムに子宮で分泌されるヒアルロン酸とその受容体であるCD44との結合が関係することを突き止めた。
２． 受精での精子センシング（2020年度から持ち越し）：ウシ体外受精系を活用して、TLR2アンタゴニストによるTLR2遮断によって、受精する精子の卵子透明帯への侵入が抑制され、受精率と胚盤胞への発生率が減少した。これは、精子TLR2が透明帯侵入の際に完遂する先体反応促進と関係することが分かった。以上から、精子TLR2活性化は生体内での精子受性能獲得に関与していると考えられた。
３． 計画していた、作出した初期胚の受卵牛への移植の調整が難しく断念した。一方で、受精7日後に子宮内に初期胚が複数存在する過排卵牛の子宮かん流液を、プロテオームとmiRNAseq分析を行いバイオインフォマティックス解析した。その結果、自然免疫細胞である好中球の機能が大きく増幅することが示され、初期胚が子宮内で分泌する微量のIFNTが、自然免疫細胞間のIFNTシグナルのスイッチを入れて全身系へ増幅する機構の存在が示唆された。
以上の成果は国際専門誌に４報の原著論文、１報の国際学会招待講演および３報を学会で報告した。これらの状況から、「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述のごとく成果は順調に進展している。本研究成果によるウシの人工授精から受精、初期胚発生までの７日間の、受胎に向けた配偶子と子宮、卵管との免疫クロストークの新しい概念の進展は、引き続き国際的な評価を得て、主要な大型国際学会での招待講演の機会を得た。この概念を基盤とした、受胎性を向上させる現実的な技術開発の展望まで示すことを目指す。
１． 精子TLR2の精子機能と子宮上皮との免疫クロストークへの関与について検証する。精子TLR2を活性化すると、精子運動性が受精能獲得に必要な超活性化型に変化することから、受精時に卵子侵入が促進されたことと類似して、子宮腺への侵入が促進されると想定している。
２． 精子TLR2活性化によって、受精する精子の先体反応を促進して卵子透明帯への侵入が促進され、受精率と胚盤胞への発生率が増加することが分かった。加えて、受精卵もTLR2を有し、その活性化によって発生能が向上する事実を掴んだので、今後、アポトーシスの発生度合や発生速度、受精卵移植後の妊娠に関わるとされる指標遺伝子群など、作出した受精卵の質について解析する予定である。
３． ウシ受精卵に関わる生体モデルで、ウシ子宮内に超微量IFNTを投与して、受精卵が存在しない状況でIFNTが子宮上皮の免疫応答にどのように影響するかを検証する予定である。IFNTタンパクが子宮免疫環境を強く抗炎症性に誘導する因子であることを示したい。
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[Journal Article] Neutrophils recognize and amplify IFNT signals derived from day 7 bovine embryo for stimulation of ISGs expression in vitro: A possible implication for the early maternal recognition of pregnancy.2021
Author(s)
Fiorenza MF, Marey MA, Rashid MB, Zinnah MA, Ma D, Morillo VA, Kusama K, Shimada M, Imakawa K, Antoniazzi AQ, Miyamoto A.
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Journal Title
Biochem Biophy Res Comm
Volume: 553
Pages: 37-43
Open Access
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