研究フロンティア（令和年度学術奨励賞受賞論文）

新規の減数分裂制御因子 ZFP
雄性配偶子形成に関与する小寺 千聡 ），高田―KCTD 複合体は幸 ），竹本 一政 ），荒木 喜美 ），大場隆 ），近藤 英治 ），石黒啓一郎 ））熊本大学大学院生命科学研究部産科婦人科学講座）熊本大学・大学院生命科学研究部発生医学研究所染色体制御分野）熊本大学・大学院生命科学研究部生命資源研究・支援センター

リーニングを行い複数の新規減数分裂関連遺伝子を同定はじめにする ，）とともに，本研究の対象である Zfp541に注目し減数分裂は配偶子形成のための生殖細胞特異的な細胞分裂の様式で，研究を行った（図））．

回の連続した染色体分配の過程を経てゲノムが半数化された配偶子が形成される．特に，第一ZFPは減数第一分裂の進行を制御する転写因子

減数分裂は相同染色体の対合と組換えによる二価染色体として働く（図）の形成，そしてゲノム半数化のための染色体分配が組み込まれる点で体細胞分裂と様相が大きく異なり，その制ZFPは Zinc finger ドメインを有する共役転写因子御機構の大部分が謎に包まれている．マウスなどの動物と考えられていた．Zfp541の各臓器における発現パターモデルを用いた実験系において，減数分裂の過程に欠陥ンを検討したところ，精巣特異的な発現が認められた．

があると減数分裂が完了せず不妊を呈することが知られさらに生殖細胞における Single cell RNA シークエンスているが，それらの因子とヒト不妊症との関連もいまだデータの再解析からは，精母細胞および円形精子細胞で明らかではない．の発現が示唆され，その事実と符合するように免疫組織生殖細胞ははじめに体細胞分裂により増殖し，その後学的検討においても減数第一分裂前期のパキテン期からレチノイン酸に誘導される STRA を介した何らかのス円形精子細胞の核内に発現することが明らかとなった．

イッチにより減数分裂が開始するとされてきた．われわ

次に CRISPR-Cas 法を用いて作成した Zfp541欠損マ

れは STRA と協働する減数分裂開始の転写因子としてウスの機能解析を行った．精母細胞の減数分裂は第一分MEIOSIN を同定した．MEIOSIN 標的遺伝子には減数裂前期のパキテン期まで進行していたが，途中で死滅し分裂関連遺伝子が数多く含まれること，そしてゲノム編て以降のステージ進行に障害がみられた．その結果，雄集法を用いマウスの Meiosin 遺伝子を欠損させると，雌マウスの精巣内および精巣上体に精子細胞は認められ）雄ともに不妊を呈することを報告した ．
さらに，MEIOSIN 標的遺伝子の中にはゲノムデータず，交配実験においても産仔は得られず不妊を呈した．
ZFPはその構造上の特徴から DNA 結合能を持つ転ベースに眠る未解析遺伝子が多く含まれることが明らか写因子であることが推定される．そこで免疫沈降およびとなった．これらの中には減数分裂に関連する生殖細胞質量分析法を用いて，精巣クロマチン分画における ZFP特異的な機能遺伝子が含まれていることが想定され，減の相互作用因子を解析したところ，HDAC /HDAC ，数分裂進行に必須の因子と仮定すれば，遺伝子破壊によTDIF および KCTD と複合体を形成することが明らかり妊孕性に異常を呈することが予想された．そこでわれとなった．とりわけ HDAC /HDAC と TDIF を含むこ

われは MEIOSIN 標的遺伝子のうち機能が未知である遺とから遺伝子の転写抑制に働くことが推定され ），これ伝子について，マウス受精卵でのゲノム編集法を用いて，らが転写因子複合体として遺伝子発現に抑制性に働くこ

週齢における精巣が萎縮を示すか否かを指標にスクとにより減数分裂進行を制御していることが示唆された．実際に，この複合体によって発現が抑制される遺伝連絡先：小寺千聡
熊本大学大学院生命科学研究部産科婦人科学講座〒 ―熊本市中央区本荘 丁目 番 号
TEL ： ― ―FAX： ― ―E-mail：kodera.chisato@kuh.kumamoto-u.ac.jp

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日本生殖内分泌学会雑誌（2022）27 : 14-17

子にはエピゲノムの調節に関連する遺伝子が多く含まれる事が判明した．また Shi らの報告によれば，ZFPはパキテン期より前に発現する減数分裂組換え関連遺伝子や Meiosin の発現を押さえ込むことにも働くと解釈さ新規の減数分裂制御因子 ZFP図―KCTD 複合体は雄性配偶子形成に関与する

MEIOSIN 標的遺伝子と減数分裂STRA ―MEIOSIN の下流には既知の減数分裂関連因子が多く含まれることが明らかとなる一方で，多数の機能未知タンパク質も存在する．そのうち HDAC ，TDIF および KCTD （後述）と複合体を形成する ZFP
して減数分裂との関わりについて解析を行った．

図
ZFPに注目の減数分裂制御における役割
はパキテン期以降の精母細胞に発現がみられる．

を欠損すると減数第一分裂前期パキテン期以降のステージ進行に障害をきたし，無精子症を呈し不妊となることから，新規転写因子は減数第一分裂の進行を制御する精子形成に必須の因子と考えられる．

れている ）．

生物研究所の Oura，Ikawa らにより行われた Kctd19欠損マウスの解析でも同様の結果が示されており ），Kctd19

Kctd は減数第一分裂の完了に必須の役割を果たすの欠損は精子形成過程における減数第一分裂中期の染色（図体分配の制御に間接的に影響を及ぼすことが示され，雄）性不妊に関与すると結論づけた．
興味深いことに，ZFPの相互作用因子のつとし以上の結果より，ZFPと KCTD は転写因子複合て同定された KCTD は，タンパク質相互作用に関連体として挙動を共にして減数分裂を制御していると推定する POZ/BTB ドメインを有しているものの分子機能はされた．しかしながら本研究では KCTD と ZFP不明であった．われわれの検討では，Kctd19の各臓器の相互作用，特に KCTD が ZFPおよび生殖細胞の分化段階における発現は Zfp541の発する分子メカニズムに関しては明らかではなく，今後の現パターンと酷似していた．Kctd19欠損マウスの精巣検討課題と考えられた．との転写活性に作用

内および精巣上体に精子細胞は認められず，Zfp541欠損マウスと同様に不妊を呈した．しかしながら，Kctd19

減数分裂制御機構における性差欠損マウスの精母細胞では第一分裂パキテン期を越えて中期まで減数分裂の進行が認められ，Zfp541欠損マウス

今回われわれは，ZFPおよび KCTD は雄性配偶とは表現型が異なることが明らかとなった．微小管マー子形成のための減数分裂進行に必須の因子であることをカ ー と し て Tubulin お よ び 動 原 体 マ ー カ ー と し て示した．とりわけ本研究では，雄の減数分裂がエピゲノ）

MEIKIN を用いて免疫組織学的検討を行ったところ，

ムのリセットを介して後期雄性配偶子形成の発生プログ

Kctd19欠損マウスでは紡錘体は観察されたものの染色ラムと連動していることが初めて示された．一方で雌に体の整列過程に異常を示すことが示された．大阪大学微おいては，ZFP，KCTD いずれも胎生期卵巣にお研究フロンティア

15小寺千聡他

図の減数分裂制御における役割KCTD は ZFP 同様にパキテン期以降の精母細胞に発現がみられ，これを欠損したマウスは無精子症を呈するが，第一分裂中期まで減数分裂の進行が認められる．第一分裂中期の精母細胞では，紡錘体の形成はみられるの欠損は染色体分配の制御に間接ものの動原体が赤道面を離脱した部位に認められる（↑）ことから，的に影響を及ぼすと考えられる．

いてタンパク発現が認められるものの，少なくともこれらの単独欠損は妊孕性に影響を及ぼさないことが明らかとなった．減数分裂の基本的な素過程は雌雄とも同じと考えられてきたが，本研究では減数第一分裂の遺伝子発現制御における性差の存在が示される結果となった．

減数分裂異常とヒト不妊症に関連した今後の展望
本邦では新たに出生する児の約て誕生しており，また年％が体外受精によっ月からは不妊治療が保険診療となった．このような社会的背景の中，減数分裂の機構を解明することは不妊症に対する新たな治療法開発へと発展する可能性を持つ点で興味深く意義のあるテー
マと思われる．
女性においては加齢とともに妊孕性が低下する要因として染色体異数に焦点が当てられ，卵子形成過程における加齢と減数分裂異常についての知見 ）が蓄積されてき図

POI 患者の遺伝子バリアントに対する減数分裂関連 MEIOSIN 標的遺伝子群によるスクリーニング
POI 患者のゲノムデータベースを作成し，これらの患者から抽出される遺伝子バリアントを MEIOSIN 標的遺伝子群でスクリーニングすることで，効率よく POI 発症に関連する減数分裂制御因子を抽出する．

た．われわれは，産婦人科診療で経験する早発卵巣不全に注目している．ヒトの平均閉経年齢は 歳とされるが，病院産科婦人科で加療している POI 患者のゲノムデー

本邦では毎年約千人が 歳未満で閉経に至り，早タベースを作成し，これらの患者から抽出される遺伝子発卵巣不全（primary ovarian insufficiency ; POI）と呼バリアントを MEIOSIN 標的遺伝子群でスクリーニングばれる．POI の原因は多岐にわたり，ターナー症候群なすることで，POI の発症に関連する減数分裂関連遺伝子

どの性染色体異常や，手術や放射線などによる医原性のを抽出しようとするものである（図卵巣機能不全を除く大部分の症例は原因が不明で，治療ム解析データの収集が進めば，疾患モデル動物の解析を法はもちろん予知する方法もいまだない．本邦における併用することにより本研究は臨床から基礎へと発展し，

万）．検体のエキソー

晩婚・晩産化の進行を背景として，POI に至って初めてさらに将来的には POI 発症の予知や早期診断，治療法挙児を希望する女性もあるが，POI 女性のほとんどは体の開発へ還元できることが期待される．

外受精・胚移植を試みても卵子を得ることはできない．

今回の研究により，減数分裂の遺伝子発現制御には性

近年 POI 患者における減数分裂関連遺伝子異常が報差が存在することが明らかとなった．近年，ヒトにおけ）

告されている が，多くは散発的な症例報告に留まってる精子数の減少が指摘されており，環境化学物質等の関いる．われわれはヒトの POI に関連する新規遺伝子を与が疑われているがその原因は不明である．無精子症の系統的に発見するための研究を開始している．熊本大学

男性は一般集団の約16日本生殖内分泌学会雑誌

Vol.27 2022

％を占め，また不妊治療中の男性

新規の減数分裂制御因子 ZFP

図の人にZFP―KCTD 複合体は第一減数分裂の進行を制御する転写抑制因子として働く人は無精子症である．造精機能の障害による非閉塞性無精子症のうち性染色体の異数を伴わない症例の多くは原因不明とされている．精子形成過程の減数分裂は外的要因に高い感受性を示す ， ）ことから，非閉塞性無精子症の原因遺伝子を明らかにすることはヒト男性不妊の要因を明らかにするばかりでなく，テーラーメード化された治療の可能性を期待させるものである．

まとめ（図）

われわれは，ZFPは KCTD と共に転写因子複合体を形成し，雄マウスの第一減数分裂進行に必須であることが明らかにした．さらにこれらの因子を欠損した雄マウスでは，減数分裂が中断することでヒトの無精子症に相当する表現型を呈し不妊となることが示された．さらなる研究の発展により減数分裂の異常とヒト不妊症に関して今後新たな知見が加わることが期待される．
謝―KCTD 複合体は雄性配偶子形成に関与する

辞

本研究は，文部科学省 科学研究費助成事業 新学術領域研究（非ゲノム情報複製）の支援を受けて，カリフォルニア大学 Davis 校・行川賢博士，九州大学・生体防御医学研究所・鈴木淳史博士・堀澤健一博士，大阪大学・立花誠博士，熊本大学発生医学研究所・丹羽仁史博士・丹野修宏博士・島田龍輝博士，同リエゾンラボ，熊本大学産科婦人科学講座片渕秀隆博士との共同で実施した．

引用文献．Ishiguro K, Matsuura K, Tani N, Takeda N, Usuki S,
Yamane M, Sugimoto M, Fujimura S, Hosokawa M,Chuma S, Ko SHM, Araki K, Niwa H（）MEIOSIN directs the switch from mitosis to meiosis in mammaliangerm cells. Dev Cell ,― .
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．Tanno N, Takemoto K, Takada-Horisawa Y, Shimada R,Fujimura S, Tani N, Takeda N, Araki K, Ishiguro K（）

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maintains the repression of pre-pachytene transcriptional
programs and promotes male meiosis progression. Cell
Rep ,.
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