image: Researchers from Kumamoto University (Japan) performed genome editing experiments to verify that the Meiosin gene was indeed the trigger for meiosis. When they removed the gene in a murine experimental model, meiosis did not begin and germ cells were not produced rendering the animals infertile. view more
Credit: Assoc. Prof. Kei-ichiro Ishiguro
全身の組織・器官では、通常「体細胞分裂」と呼ばれる細胞分裂によって延々と細胞の増殖が行われます。一方、卵巣や精巣では「減数分裂」と呼ばれる特殊な細胞分裂が行われて卵子や精子が作り出されます。いずれも細胞分裂でありながら、体細胞分裂は同じ染色体(遺伝情報)のコピーを倍加させてから均等に分裂することにより元と同じ２つの細胞を作り出すのに対して、減数分裂は染色体の数が元の半分になることにより母方・父型の遺伝情報だけを持つ卵子や精子を作り出します(図)。卵巣や精巣では、はじめは通常通りの体細胞分裂を行って細胞増殖が行われ、ある一時期を境に減数分裂が行われます。しかしながら体細胞分裂から減数分裂に切り替わるメカニズムの解明は長年の懸案とされ、その詳細は不明でした。また減数分裂のコントロールは不妊症など生殖医療とも直結する重要な問題でありながら、世界的にも攻め倦んでいる課題でした。
熊本大学発生医学研究所の石黒啓一郎准教授のグループは、生殖細胞が卵子や精子を作り出す過程で減数分裂がどのように起きているのかを調べるために、精巣内に含まれるタンパク質の解析を行いました。質量分析法を駆使した解析により、減数分裂の�スイッチ�として働く遺伝子を特定しました。これをMeiosin (meiosis initiator：マイオ-シン)と命名しました。このMeiosin遺伝子は精巣や卵巣内で減数分裂が始まる直前の特定の時期にだけ活性化するという極めて珍しい性質を持っていることが判明しました。そこでゲノム編集によりマウスの遺伝子を人為的に操作してMeiosin遺伝子の働きを阻害すると、オスもメスも不妊となることが判明しました。さらに遺伝子破壊マウスの精巣・卵巣の詳細な解析により、Meiosin遺伝子が減数分裂の発動に必須の働きをしていることを解明しました。Meiosin遺伝子は精子・卵子を形成するための数百種類の遺伝子に一斉にスイッチを入れる司令塔の役割を果たしていることが明らかになりました。Meiosin遺伝子は不妊の原因にかかわる遺伝子と見られ、今後の生殖医療に一石を投じることになりそうです。
これらの成果はマウスを用いて検証されたものですが、Meiosin遺伝子はヒトにもあることがわかりました。ヒトに見られる不妊症は原因が不明とされる症例が多いことが知られています。今回の発見は、特に卵子や精子の形成不全を示す不妊症の病態の解明に資することが期待されます。
また、ヒトでは加齢卵子で減数分裂の異常が流産やダウン症などの染色体異常を引き起こすエラーの原因となることが知られています。近年の晩婚化傾向や高齢出産などの社会的背景からも、将来的には減数分裂のクオリティを担保する技術開発の応用へと発展することが期待されます。
研究を主導した石黒准教授は次のようにコメントしています。
「我々の研究によりMeiosin遺伝子は減数分裂という卵子・精子の細胞分裂のスイッチを入れる働きがあることがわかました。これによって数百種類におよぶ精子・卵子の形成に働く遺伝子のスイッチがオンになることがわかりましたが、それらの働きの詳細はまだ十分に解明されていません。今回研究を進める中で、さらに数百種類におよぶ遺伝子が機能未解明のまま眠っていることが判明したのは驚きでした。今後は卵子・精子の形成過程におけるこれらの遺伝子の働きを解明することにより、生殖医療に大いに貢献することが期待されます。
また、卵子・精子の細胞分裂をコントロールできるようになれば、畜産業や水産業での生産向上や希少種の繁殖の補助にも役に立つことが期待されます。」
本研究成果は、科学ジャーナル「Developmental Cell」に2020年2月6日に掲載されました。
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Developmental Cell