ヒトやマウスのゲノムプロジェクトが一応の完了を迎えた現在では、人工的に遺伝子を操作した遺伝子組換え動物が、疾病の研究や基礎的な生物学研究に重要な役割を果たすようになっている。我々は個体レベルでの遺伝子機能解析ツールを開発して生殖生物学分野での研究を行うとともに、遺伝子組換え動物の作製支援を行っている。
研究内容
我々は世界に先駆けて発光オワンクラゲのGFP遺伝子を組み込んだ蛍光マウスを作製するとともに、そのノウハウを生かして受精のメカニズムや生殖細胞の成り立ちを研究している （図１）。これまでに精巣特異的な小胞体シャペロン群（CLGN,CALR3,PDILT）のノックアウトマウスを作製し、それらが精子膜タンパク質（ADAM3）の品質管理に必要であること、結果としてADAM3を失った精子は子宮から卵管に移行できないために雄性不妊となることを明らかにした（図２）（１）。
ところで、卵管に到達した精子は卵子を取り囲んでいる細胞外マトリックス（透明帯）に結合して先体反応し、透明帯を通過すると信じられている。しかし、ADAM3を失って透明帯に結合できない精子でも卵丘細胞が存在すれば透明帯を通過して受精できることや、透明帯を通過して先体反応を終えた精子が再度透明帯を通過できることから（図３）（１,２）、我々は先体反応前の精子と透明帯の結合には殆ど意味がないと考えており、受精のパラダイムを書き換えるべく研究を重ねている。他にもノックアウトマウスを用いた解析から、精子の先体内膜のIZUMO1が卵子との融合に必須であることや（図４）、SPESP1が融合に必須な精子膜構造の安定化に重要であることなどを報告している。
図１）頭部の先体がGFP、尾部のミトコントリアがRFPでラベルされたトランスジェニックマウス精子。先体反応すると精子は先体内のGFPを放出して蛍光を失う。 |
図２）ADAM3が消失したPdiltノックアウトマウスの精子は子宮から卵管に移行できず、雄性不妊の原因となる。 |
図３）人工的に取り出した囲卵腔の精子は、別の卵子の透明帯を通過して受精できる。 |
図４）Izumo1ノックアウトマウスの精子は透明帯を通過して囲卵腔内に侵入できるが、卵子に融合できない。 |
我々は生殖工学・発生工学を駆使したアプローチから生命の根源に迫るチャレンジングな研究を目指している。レンチウイルスベクターを用いることで、胎児に遺伝子を導入することなく胎盤にのみ遺伝子操作できる方法を考案するとともに、胎盤特異的にsFLT1を発現することで妊娠高血圧症候群のモデルマウスを開発している（３）。最近は、独自に樹立したラットES細胞を用いてマウス↔ラットキメラ動物を用いた臓器再生医学研究や（図５）（４）、miRNA欠損マウスを用いたnon coding RNAの生体機能解析などに取り組んでいる。
図５）マウスの胚盤胞にラットES細胞を注入して作製したマウス↔ラットキメラ。
白色部分がマウス、有色部分がラット由来の細胞である。
研究支援
感染動物実験施設と共同して、学内のみならず広く学外にも遺伝子組換え動物の作製支援を行っている。ノックアウトマウス、トランスジェニックマウスはそれぞれ100、300ラインを超える作製実績がある（http://www.tgko.biken.osaka-u.ac.jp/tgko/sum/index）。さらに遺伝子組換え動物を重要な研究資源として保存する目的で、受精卵や精子の凍結保存も支援している。
最近の代表的な論文
- Tokuhiro K, Ikawa M, Benham AM, Okabe M. Protein disulfide isomerase homolog PDILT is required for quality control of sperm membrane protein ADAM3 and male infertility. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 March 6; 109 (10): 3850-3855.
- Inoue N, Satouh Y, Ikawa M, Okabe M, Yanagimachi R. Acrosome-reacted mouse spermatozoa recovered from the perivitelline space can fertilize other eggs. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Dec 13;108(50):20008-11.
- Kumasawa K, Ikawa M, Kidoya H, Hasuwa H, Saito-Fujita T, Morioka Y, Takakura N, Kimura T, Okabe M. Pravastatin induces placental growth factor (PGF) and ameliorates preeclampsia in a mouse model. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Jan 25;108(4):1451-5.
- Isotani A, Hatayama H, Kaseda K, Ikawa M, Okabe M. Formation of a thymus from rat ES cells in xenogeneic nude mouse↔rat ES chimeras. Genes Cells. 2011 Apr;16(4): 397-405.
- Ikawa M, Tokuhiro K, Yamaguchi R, Benham AM, Tamura T, Wada I, Satouh Y, Inoue N, Okabe M. Calsperin is a testis-specific chaperone required for sperm fertility. J Biol Chem. 2011 Feb 18;286(7):5639-46.