Top page   新着情報   研究内容   小林先生の想い   メンバー   業績   連絡先   リンク 

 

 

 

極細胞質に生殖細胞形成メカニズムを解く鍵が!

——極細胞質に局在する母性因子の働きを明らかに——

 ショウジョウバエ卵の後端には極細胞質(生殖質)と呼ばれる特別な細胞質があり(図1a, d)、この細胞質を取り込む極細胞(始原生殖細胞)(図1c, d)のみが、生殖巣へと移動し(図1e, f)、生殖細胞に分化する。極細胞質の中には、生殖細胞(生殖細胞系列)の形成の引き金を引く分子(母性因子)がそろっていることが、極細胞質の移植実験により明かにされている。そこで、このような分子の実体を明かにすることにより、生殖細胞形成メカニズムの全貌を解明することに挑戦している。


図1. ショウジョウバエ胚における生殖細胞形成過程

 

 

生殖細胞形成の最初のステップ

——極細胞の形成にミトコンドリアが関与——

 生殖細胞形成の最初のステップは、極細胞の形成である。この細胞の形成に、ミトコンドリアが産生するRNA(ミトコンドリア・リボソームRNA)が関わっていることを明かにした。このRNAは、極細胞質中でのみミトコンドリアから外に搬出され、極細胞の形成に関わる。なぜ、ミトコンドリアが生殖細胞の形成に関わるのか? 今後明かにしなければならない問題である。

 

 

極細胞の発生運命を決める2種類の母性因子

——極細胞が体細胞に分化するのを抑制する母性因子——

 形成された極細胞が生殖細胞に分化するために必要な分子の1つとしてNanosと呼ばれるタンパク質を同定した。Nanosは、極細胞質に分布し、極細胞に取り込まれる。極細胞中で、Nanosは、いくつもの重要な機能を果たしている。その一つが、極細胞が体細胞に分化してしまうのを阻止する機能である(図2)。Nanosの機能を欠いた極細胞は、体細胞に分化してしまう。すなわち、極細胞は潜在的に多能性であり、Nanos によって体細胞分化が阻害されることにより生殖細胞だけに分化するようになる。現在、Nanosにより制御されている遺伝子群を同定し、このNanosの分子機能に迫ろうとしている。

——生殖細胞らしさを付与する母性因子——

 極細胞が生殖細胞に分化するためには、体細胞への分化が抑制されると同時に、生殖細胞らしさ(germness)を獲得しなければならない。このような機能を持つ母性因子は、生殖細胞特異的な遺伝子発現を活性化することで、生殖細胞の形成に関わると考えられてきたが、その実態は不明であった。私たちは、Znフィンガーモチーフを有するOvoタンパク質が、生殖系列特異的遺伝子発現に必要であることを明らかにした。さらに、このOvoの機能阻害により、生殖系列がほぼ完全に消失すること、Ovoの機能阻害を行った極細胞におけるトランスクリプトーム解析の結果、Ovoは、生殖系列で高発現する遺伝子の活性化に関わる一方で、体細胞で高発現する遺伝子の抑制にも関与することが明らかとなった。現在、Ovoの機能を解析するとともに、同様の機能を持つほかの母性因子の探索にも乗り出している。


図2. 極細胞の発生運命を決める2種の母性因子

 

 

 

生殖細胞の性を決める機構

——極細胞の中で働きメス化を進める遺伝子の発見——

 極細胞は、雄では精子に雌では卵に分化する。このような性差をつくる機構はどのようなものなのだろうか? 私たちは,生殖細胞の雌化を支配する遺伝子としてSex lethal (Sxl) 遺伝子を同定した(図3)。現在、Sxl下流の遺伝子カスケードを明らかにすることを試みている。


図3. 生殖細胞の自律的/非自律的な性決定機構

 

 

 

萌芽的なテーマ

——良質の生殖細胞だけ残す品質管理機構はあるのか——

 細胞は、核内あるいはミトコンドリア内に格納されているゲノムDNAの損傷の危険に晒されて生きている。生殖細胞は次代の生命を生み出すことができる唯一の細胞であることから、このような損傷を受けた生殖細胞(始原生殖細胞)を排除する機構が存在すると考えられてきた。未だ、そのような品質管理機構の存在や、それに関わる遺伝子は不明であるが、その実態を捕まえ挑戦を続けている。

 

 

 

生殖細胞形成の共通原理の理解

——マウスとショウジョウバエの生殖細胞形成に関わる共通遺伝子——

 私たちの研究を皮切りに、Nanosが多くの動物の生殖細胞形成過程において発現すること、さらに生殖細胞の発生過程に関与することが明らかになってきた。このことは、生殖細胞の形成様式は異なるものの、動物種間で共通して機能する遺伝子が存在することは確かであろう。さらに、マウスでは、ovo遺伝子の3種類のオーソログのうち、少なくとも1種類はマウス始原生殖細胞で発現し、始原生殖細胞の発生に関与していることが共同研究により明らかとなった。現在、ショウジョウバエとマウス間で共通して生殖細胞形成に関わる遺伝子(転写制御遺伝子)を同定すべく奮闘している。また、ヒドラにおいて生殖細胞系列を特徴づける遺伝子や性差を生み出す遺伝子も探索中である。このように、ショウジョウバエ、ヒドラ、マウスを解析材料として、共通して生殖細胞形成に関わる遺伝子群(ネットワーク)を明らかにすることが私たちの夢である。


図4. 今後の研究の展開

 

 

 

私たちの研究を支える技術とリソース

——ショウジョウバエ生殖細胞発生過程における網羅的遺伝子発現データ——

 生殖細胞の形成機構を遺伝子の言葉で語る。そのために、私たちは、生殖細胞の発生過程で発現する、あるいは発現しない遺伝子を網羅的かつ経時的に明らかにすることを行ってきた。その結果、ショウジョウバエのタンパク質をコードするほぼ全ての遺伝子が生殖細胞の発生過程においてどのような発現パターンを示すのかが明らかになってきた。

 

——ショウジョウバエ生殖細胞発生過程における網羅的遺伝子発現データ——

 私たちの独創的な研究を行う上で、極細胞質へのマイクロインジェクション(図5左)や極細胞の移植(図5右、トップページ動画参照)は欠かせない手技である。例えば、2本鎖RNAをマイクロインジェクションすることで特定の遺伝子機能を特異的にノックダウンできるし、ある遺伝子の機能をノックダウンした極細胞を標識して正常卵へ移植することで、その極細胞の発生運命を解析できる。


図5. ショウジョウバエ卵へのマイクロインジェクションと細胞移植