遺伝情報実験センター  遺伝子機能解析分野/伊川研究室

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、蓄積されたデータをもとに、遺伝子の機能を生体レベルで解析し得るツールが疾患研究や基礎生物学研究に重要な役割を果たしています。遺伝子機能解析分野では、ゲノム編集や生殖・発生工学を駆使した遺伝子解析ツールを開発すると同時に、それらを応用したユニークなアプローチから個体レベルでの生殖生物学研究を行っています。

最先端の遺伝子組換え技術を活用した生殖生物学研究

私たちはゲノム編集などの最新遺伝子改変技術を活用して、配偶子形成や受精、胎盤形成などに関わる様々な分子の機能や役割を研究し、生命の根源である生殖の深遠なる謎を解き明かすべく研究を行っています。私たちが世界に先駆けて作製したGFP遺伝子を発現するグリーンマウスやそのノウハウは、受精のメカニズムや生殖細胞の成り立ち解明に大きく寄与してきました(図1)。GFPやDsRedなどの蛍光タンパク質で可視化した生殖細胞を用いたイメージング解析は、交尾後の精子の動きや局在、受精の瞬間をリアルタイムで捉えることを可能にします(図2)。

また私たちはゲノム編集マウスを用いた解析から、精子が正常に運動するために必須の脱リン酸化酵素として精子カルシニューリンを同定しました。精子カルシニューリンを欠損したマウスでは、精子の尾部の中片部というごく一部の運動性が悪くなり、卵子を覆う透明帯を通過できず受精できないことがわかりました。男性不妊症の診断に役立つとともに、精子カルシニューリンを特異的に阻害する薬剤は、男性経口避妊薬の開発にもつながることが期待されます(図3)。さらに最近になって、卵子と融合に必須な精子因子としてIZUM1以外に複数のタンパク質を同定しており、それらの因子の役割について解析を進めています。

生物・医学研究のためのツール・技術の開発

細胞に遺伝子を導入することができるレンチウィルスベクターを用いて、胎盤にのみ遺伝子操作可能な方法を開発し(図4)、妊娠高血圧症候群のモデルマウス開発にも成功しました。最近は、新たな遺伝子改変技術として注目を集めるCRISPR/Cas9ゲノム編集システムを用いた遺伝子改変マウス・ラットの作製も行っています。

これらの最先端の遺伝子組換え技術を、学内のみならず学外にも広く公開し、感染動物実験施設と協力して多くの研究者にトランスジェニックマウス、ノックアウトマウス、ゲノム編集マウスの作製支援を行っています。

研究・支援に関する最新情報については、HPをご覧ください。

http://www.egr.biken.osaka-u.ac.jp/index.php

  • 図1(上):緑に光る蛍光タンパク質GFPを発現するマウス。全身の細胞が緑に光るため、生殖研究のみならず様々な生物学的研究に活用されている
    図2(下):蛍光タンパク質により可視化した精子。精子の挙動や先体反応の瞬間をリアルタイムで捉えることができる

  • 図3:精子カルシニューリンを欠損したマウス精子。鞭毛中辺部の動きが少しおかしくなるだけで運動性が低下して雄性不妊となる

  • 図4:レンチウイルスベクターを用いた胎盤特異的な遺伝子操作法の開発。透明帯があるとウイルスは感染できないが(左)、透明帯を除去した受精卵に感染させると胎児と胎盤の両方に(中)、同じく胚盤胞期胚に感染させると胎盤特異的に遺伝子導入できる(右)

メンバー

  • 教授: 伊川 正人
  • 准教授: 宮田 治彦
  • 准教授: 藪田 紀一(兼)
  • 助教:嶋田 圭祐(兼)
  • 助教: 淨住 大慈
  • 助教: 江森 千紘
  • 特任助教: 遠藤 墾(兼)
  • 特任助教: Castaneda Julio Manuel
  • 特任助教: Lu Yonggang
  • 日本学術振興会特別研究員: 櫻井 伸行
  • 日本学術振興会特別研究員: 山内(石川)祐
  • 招聘教授: Martin M. Matzuk
  • 招聘准教授: 藤原 祥高
  • 招聘研究員: 岡部 勝

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最近の代表的な論文

  • (1) Nexin-Dynein regulatory complex component DRC7 but not FBXL13 is required for sperm flagellum formation and male fertility in mice. Morohoshi A., et al. PLOS Genet (2020) 16(1):el008585.
    (2) Identification of multiple male reproductive tract-specific proteins that regulate sperm migration through the oviduct in mice Fujihara Y., et al. PNAS (2019) 115 (37):18498-506.
    (3) TCTE1 is a conserved component of the dynein regulatory complex and is required for motility and metabolism in mouse spermatozoa. Castaneda J.M., et al., PNAS (2018) 114 (27):E5370-E5378
    (4) Structural and functional insights into IZUMO1 recognition by JUNO in mammalian fertilization. Kato K., et al., Nat Commun (2016) 7:12198.
    (5) Genome engineering uncovers 54 evolutionarily conserved and testis-enriched genes that are not required for male fertility in mice. Miyata H., et al., PNAS (2016) 113(28):7704-10.
    (6) Sperm calcineurin inhibition prevents mouse fertility with implications for male contraceptive. Miyata H., et al., Science (2015) 350(6259):442-5.