生殖生物学研究部門 - 基礎生物学研究所

研究内容
発生生物学領域
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生殖生物学研究部門
遺伝子発現が高まる。この Foxl2 のドミナント・ネガティ
ブミュータントを導入したトランスジェニックティラピアの
一部は完全に性転換を起こし，
雄となった。従って魚類では，
Foxl2 と芳香化酵素の働きにより XX 生殖腺で特異的につく
られるエストロゲンが卵巣の分化に中心的な役割を果たす
生
で，ステロイド代謝酵素の発現は明確ではなく，かわって，
成と作用の分子機構の解明に重点を置き研究を進めている。
DMRT1 が雄特異的な発現を示すことから， 魚類の精巣分化
研究対象としては，卵生から胎生まで様々な生殖様式を示
には DMRT1 が重要な役割を果たすと考えられる。今後，全
し，生殖研究に優れた生物モデルとなる魚類を用いている。
雌，全雄ティラピアを用いて，形態的性分化期に先だち起こ
これまでの研究から，メダカの性決定遺伝子，配偶子形成を
るステロイド代謝酵素と DMRT1 の雌雄差発現の機構を詳
制御するステロイド性因子，およびヒトデの生殖巣刺激物質
しく解析する必要がある。
殖生物学研究部門では，性決定 / 分化 / 転換，および
配偶子形成を制御する分子種の同定とそれら因子の生
と考えられる。一方，遺伝的雄 (XY) の性分化期前の生殖腺
が同定された。現在，これらの因子の作用メカニズムを明ら
サンゴ礁に生息するオキナワベニハゼ (Trimma okinawae )
かにする研究が展開されている。
は，社会構造の変化により自然条件下で双方向の性転換を行
う。我々は，同様な機能的性転換を実験室内でも誘導できる
系を確立した ( 雌から雄への性転換は 5 日間，逆に雄から雌
性決定と生殖腺の性分化 / 性転換
への性転換は約 10 日間 )。この実験系を駆使して，1) この
メダカの性決定遺伝子 : 我々は最近，哺乳類と同じ XX/XY
魚の性転換が個体の大きさをもとに視覚によって起こるこ
システムで性決定がなされるメダカ (Oryzias latipes ) から脊
と，2) 視覚刺激の入力から 8 時間以内に性行動の転換，12
椎動物で二番目となる性決定遺伝子 DMY を発見した（新潟
時間以内に生殖腺における生殖腺刺激ホルモン受容体遺伝子
大学酒泉満教授らとの共同研究）。この遺伝子は，哺乳類の
の急激なシフトが起こることを明らかにした。オキナワベニ
性決定遺伝子 SRY/Sry とはまったく構造が異なり，ショウ
ハゼは，性転換の分子メカニズム，性的可塑性の分子基盤を
ジョウバエと線虫の性発達に関わる DM ドメインを持つこ
明らかにするための優れた研究モデルとなる。
とから DMY (DM-related gene on the Y chromosome) と命
また我々は，生殖細胞の起源や分化の問題についても研究を
名された ( 文献 5)。DMY 遺伝子は性分化期の XY 生殖腺の
進めており，生殖細胞に特異的発現を示す Vasa や Nanos 遺
セルトリ細胞に発現する。遺伝的雌 (XX) に DMY を導入し
伝子を利用して“光る生殖細胞”をもつトランスジェニックメ
たトランスジェニックメダカでは，DMY が生殖腺体細胞に
ダカを世界に先駆けて作製することにも成功した（文献 4）。
発現して雄となり ( 図１)，正常な精巣が形成される。また，
遺伝的雄 (XY) で DMY をノックダウンすると性分化期の生
配偶子形成
殖腺で雌特異的遺伝子が発現するようになる。DMY の作用
ゴナドトロピン放出ホルモン : 配偶子形成と性行動はとも
メカニズムを明らかにすることが今後の中心的課題である。
A
XX
C
B
XX
XY
図 1. 遺伝的雌 (XX) に DMY を導入したトランスジェニックメダカ
の表現型は雄 (B，尻鰭大，矢印 )。正常の雌 (A，尻鰭小，矢印 ) と
雄 (C，尻鰭大，矢印 ) のメダカ。
16
に，脳内で合成されるゴナドトロピン放出ホルモン (GnRH)
のはたらきにより引き起こされる。我々は， GnRH を産生
するニューロンを可視化したトランスジェニックメダカを作
製することに成功し，これにより，同ニューロンの発生機構
を in vivo で解析することが可能になった。同トランスジェ
ニックメダカを用いて， ヒトの生殖不全疾患であるカール
マン症候群の原因遺伝子 KAL1 のメダカホモログのノック
ダウンを行ったところ，初期発生過程における GnRH ニュー
生殖腺の性分化 / 性転換 : 可塑的な性を示す魚類は，性
ロンの移動が阻害されることが明らかとなった（図 2）
。こ
決定 / 分化に関する格好な研究モデルとなる。ティラピア
の結果は，KAL1 が初期発生過程における GnRH ニューロ
(Oreochromis niloticus ) の遺伝的雌 (XX) を孵化直後から内
ンの移動を制御していることを証明するとともに，GnRH ト
因性エストロゲンの生成やエストロゲン受容体の働きを抑
ランスジェニックメダカが，これまで存在しなかったカール
制すると，遺伝的雌は機能的雄に不可逆的に性転換する。ま
マン症候群の in vivo モデルとして有用であることを示して
た，XX 生殖腺では卵巣分化に先立ち Foxl2 と芳香化酵素の
いる（文献 7）。
基礎生物学研究所 要覧 2006
A
pectinifera ) の放射神経から生殖巣刺激物質 (GSS) を精製し，
B
その化学構造を決定した。ヒトデの GSS は，分子量 4737
で，2 本のペプチド鎖 (24 アミノ酸の A 鎖と 19 アミノ酸の
B 鎖 ) からなるヘテロダイマーであり，脊椎動物の生殖腺刺
激ホルモとはまったく異なる化学構造を示す。化学合成した
図 2. メダカ KAL1 ホモログのノックダウンにより，初期発生過程に
おける GnRH1 ニューロン ( パネル A，矢印 ) と GnRH3 ニューロ
ン ( パネル B，矢印 ) の移動が阻害される。
A 鎖と B 鎖をジスルフィド結合によりダイマー化させた合
成ペプチドをヒトデに投与することで卵成熟と放卵が誘起さ
れたことから，GSS がヒトデの生殖腺刺激ホルモンである
ことが確かめられた。GSS は無脊椎動物で単離，同定され
卵の成熟 : 先に我々が脊椎動物で最初にサケ科魚類アマ
た最初の生殖腺刺激ホルモンである。
ゴ (Oncorhynchus rhodurus ) の 卵 巣 か ら 単 離， 同 定 し た
17 α，20 β - ジヒドロキシ -4- プレグネン -3- オン (17 α，
20 β -DP) は，今では多くの魚類で共通の卵成熟誘起ホル
モンとして知られる。17 α，20 β -DP は，生殖腺刺激ホ
ルモン (GTH) の作用で，卵成熟期の濾胞組織を構成する莢
膜細胞と顆粒膜細胞の協同作用 (2 細胞型モデル ) によりつ
くられ，卵表に作用して卵成熟を誘起する（文献 3）
。この
ように 17 α，20 β -DP はステロイドでありながら，膜受
容体を介して作用することが特徴であり，すでに新規の 7
回膜貫通型膜受容体遺伝子がその有力候補としてクローニン
グされた。17 α，20 β -DP が卵表に作用すると卵内に新
しく卵成熟促進因子 (MPF，cdc2 キナーゼとサイクリンと
の複合体 ) が形成される。キンギョ (Carassius auratus ) の
未成熟卵には cdc2 キナーゼのみが存在し，サイクリン B は
卵に 17 α，20 β -DP が作用して後に新しく合成される。
サイクリン B mRNA は未成熟卵中にすでに存在し，17 α，
20 β -DP はその翻訳を開始させる。MPF は受精時に不活
性化されるが，この際のサイクリン B の分解に，活性型多機
能性プロテアソームが関与する（文献 2）。
最近の研究から，内分泌かく乱物質の一種である DES が
17 α，20 β -DP と同じく膜受容体を介して卵成熟を誘起
させることが明らかになった（文献 6）。
精子の形成と成熟 : 日本産ウナギ (Anguilla japonica ) の未
成熟精巣を利用した器官培養系 ( 精原細胞から精子に至る全
参考文献
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Endocrinology 147 , 1076-1084.
精子過程を試験管の中で再現できる世界で唯一の in vitro 実
験系 ) を駆使して，精子形成開始の分子カスケードをつきと
めた（文献 1）。
ヒトデの生殖腺刺激ホルモン : 我々は三田雅敏教授 ( 東京
学芸大学 ) との共同研究により，イトマキヒトデ (Asterina
STAFF
博士研究員
長濱 嘉孝
吉国 通庸
大久保範聡
BASU, Dipanjan
教 授
助教授
助 手
研究員
松田 勝
井尻 成保
酒井 章衣
司馬 桂君
柴田 安司
太田 耕平
鈴木 亜矢
宇佐美剛志
金子 裕代
王 徳寿
劉 恩良
PAUL, Bindhu
BHANDARI, Ramji Kumar
CHAUBE, Radha
BASU, Shakuntala
趙 浩斌
事務支援員
嶋田 ゆう
個別研 究
総合研究大学院大学院生
栗田加代子
周 林燕
技術支援員
高木千賀子
早川 利枝
平川 恵里
原 郁代
柴田恵美子
大野 薫
助 手
基礎生物学研究所 要覧 2006
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