遺伝子改変動物を用いた精子成熟メカニズムの解明

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畜産分野において、牛の受胎率低下は生産コストの増大をもたらし、それが生産者および消費者の負担へと繋がっていく。受胎率低下の一因として考えられているのが雄の生殖能力の低下である。精巣で作られた精子は、精巣に隣接する管状の組織「精巣上体」を通過する過程で受精能力を獲得する（精子成熟）。本研究では、畜産物の生産性向上に資する知見の収集を目的に、CRISPR/Cas9システムを利用して、精子成熟のメカニズムへの関与が疑われる候補遺伝子の遺伝子欠損（KO）マウスを作製、解析することで、精子成熟を制御する分子メカニズムの解明を目指した。これまでに、雄の妊孕性に異常が認められるKOマウスを３系統得ている。解析中の系統のうち１系統において、標的の遺伝子領域の近傍にファミリー遺伝子が存在しているが、令和３年度は、この遺伝子を単独でKOしたマウスと、ファミリー遺伝子群と共に同遺伝子をKOしたマウスの計２系統を新たに作製し、解析を進めた。新たな遺伝子単独でKOした雄マウスについては、妊孕性に異常は認められなかったものの、ファミリー遺伝子群と共にKOすることで、雄の妊孕性が著しく低下した。精子の形態や精巣上体の組織に異常は認められず、また、体外受精においても対照区と同等の受精率を示した。令和２年度までに作製し、解析を進めていた３系統については、精子が子宮卵管結合部を通過できなくなったことが原因で、妊孕性が低下したことが明らかになったが、宮卵管結合部の通過には精子膜上のタンパク質、ADAM3が重要な役割を担うことが知られている。本研究で解析している４系統について、ADAM3発現量を調べたところ、いずれの系統においても発現量の低下が認められた。以上の結果から、本研究で同定した遺伝子群は、精巣上体において、ADAM3修飾の制御を介して精子成熟のメカニズムに関与していることが明らかになった。