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。
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、それを用いて受精が成立するメカニズムや生殖細胞における性の分化機構を研究している (図1) (3)。また受精や着床妊娠という現象を自他認識という立場から捉え、分子生物学的に解明しようとしている。これまでに精子上にあるタンパク質IZUMO1が卵子との融合に必須であること、SPESP1が融合に必須な膜構造の安定化に重要であることをそれぞれのノックアウトマウスの解析から明らかにした (図2、3) (1, 2)。
図1）マウス精子の頭部にGFP、中間部にRFPの遺伝子が発現するトランスジェニックマウス。このマウスの精子を用いることにより、受精のライブイメージングが可能となる (3)。 |
図2）Izumo1 をノックアウトしたマウス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 (1)。 |
図3）Spesp1ノックアウトマウスの精子は融合に重要な膜構造であるエカトリアルセグメントが不安定であるため、先体反応後に崩壊する (右図) (2)。
さらに胎児を母体と結びつける胎盤に着目して研究を進め、胎児に遺伝子を導入することなく胎盤に対してのみ遺伝子操作できる方法を開発した (図4)。最近はnon coding RNAの持つ生体機能の調節作用にも着目しており、miRNA欠損マウスを作製し個体レベルでどのような影響を与えうるのかについて検討している。
図4）レンチウイルスベクターを胚盤胞に感染させれば胎盤特異的に遺伝子を導入できる。左：未感染、中央：2細胞期に感染させた場合、右：胚盤胞期に感染させた場合 (4)。
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://kumikae01.gen-info.osaka-u.ac.jp/EGR/index.cfm）。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の作製支援も行っている。
三輪グループはヒト循環器系疾患に関与する遺伝子の分子生物学的解析を遺伝子組換え実験動物等を利用して行っている。血管平滑筋細胞における組織特異的遺伝子発現調節機構の解析をヒト血管平滑筋アクチン（SmaA）に関して行うとともに（図5）、急性炎症時に一過的に強発現する遺伝子マーカーであるSmaAの発現機構とその発現の意義を解析している(5)。また、拡張心不全動物モデルを作製し、その発症メカニズムを分子生物学的に解析している。
図5）血管平滑筋アクチン遺伝子プロモーターに塩基変異を持つもの（中央と右）は正常（左）に対してマウス胎児で大動脈（Ao）での発現のみが阻害されるので、これらの塩基配列が血管組織特異的遺伝子発現に必須である(5)。