研究内容Research

有性生殖を行う多くの種において、雌雄で配偶子の形態や機能が大きく異なる異形配偶子システムが採用されている。哺乳類の配偶子における形態的な雌雄差は減数分裂移行後に顕著になる。すなわち、初期の卵母細胞と精母細胞は極めて類似しているが、その後の過程において形態が急激に変化する（図2）。この形態変化には性腺の体細胞が重要な役割を担う一方で、生殖細胞内因性のメカニズムも寄与している。藻類（クラミドモナス、ユードリナ、ボルボックス）などのモデルから多細胞化の初期にすでに異形配偶子の出現が認められることや、これらの性決定遺伝子は生殖細胞系列の性差を決定する機能をもつことから、むしろ生殖細胞内因性のメカニズムが異形配偶子の形成を支える原点であるように思える。しかしながら、哺乳類においてこのメカニズムに焦点を当てた研究は少ない。この理由として、生殖細胞の発生過程の培養は雌雄ともに難しく、ロバストな実験系の構築が難しいことにあった。このような状況のなか、我々の研究室では、ES/iPS細胞から生殖細胞を分化する培養系を確立し、その実験系を用いて卵子の形態形成に十分な転写因子群（NOBOX、FIGLA、LHX8、TBPL2）を同定した（図2）。興味深いことにこれらの転写因子をES/iPS細胞に強制発現させると、受精すらも可能な卵子様の細胞に形質転換する。このことはマウスにおいては4つの転写因子が異形配偶子を形成する重要なHub遺伝子であることを示唆している。この研究では、これらの転写因子群が卵母細胞の形成においてゲノムのどのよう機能を引き出すかについて、おもに遺伝子発現ネットワーク、エピゲノム変動に焦点を絞って解析している。またこれらの解析を通して、配偶子の性差を構築するメカニズムについてアプローチしている。

哺乳類の個体における生殖能力の維持機構は雌雄で大きく異なる。雄では自己増殖する精子幹細胞が継続的な多数の精子の産生を支えるのに対し、雌では胎児期に減数分裂に移行するためにそれ以上は増殖せず、未熟なまま発生を休止（休眠）した卵母細胞の一部が周期的に発生を再開（起動）することにより継続的な少数の卵子の産生を支える（図3）。卵母細胞の休眠と起動のバランスは卵巣中の卵母細胞の残存数を規定しており、雌の生殖機能の維持に極めて重要であるが、そのバランスを制御するメカニズムは不明な点が多い。これまでにマウスを用いた研究から、卵母細胞の休眠に必要な転写因子として転写因子FOXOファミリーの一員であるFOXO3が単離されている。FOXO3が欠損したマウスでは、すべての卵母細胞において休眠が解除されて、未熟な卵母細胞が卵巣の中からたちまち消えてしまう（早期閉経と同様の状態になる）。FOXOファミリーは線虫やショウジョウバエなどでは個体の寿命を延長させる機能をもつことで着目されているが、卵母細胞系列においても同様に未熟な卵母細胞を休眠状態におくことにより、細胞寿命を延ばしている可能性がある（図3）。我々の研究室では、卵母細胞を休眠させる環境因子の解明とともにFOXO3を起点とした遺伝子ネットワークについて解析している。この遺伝子ネットワークの解明は卵巣内の未熟な卵母細胞の維持メカニズム（ヒトでは40年以上維持されている！）の理解に貢献するほか、その人為的制御により生殖可能年齢の延長にも貢献する可能性をもつ。

卵母細胞系列はゲノムを伝達するほか、細胞質に蓄えたタンパク質やオルガネラを次世代に継承する。細胞質からの遺伝は母性遺伝として知られているが、ミトコンドリアの遺伝様式および品質管理機構については不明な点が多い。ミトコンドリアの中には電子伝達系に必須なタンパク質をコードする独自の環状DNA（mtDNA）があり、mtDNAの変異はミトコンドリア病に総称される疾患の原因となる。mtDNAは活性酸素などを多く生じるミトコンドリア内にあるために変異の割合が核ゲノムと比較して多いことが知られている。しかも母性遺伝のために、両親から遺伝する核ゲノムのように減数分裂時における大規模なDNA修復過程も存在しない。このような不利な状況にある中でも、不思議とmtDNAは世代を超えて安定的に保たれている（図4）。これを説明するモデルはいくつか存在するが、未だに確固たる知見はなく、このメカニズムは生殖生物学において長年の謎として残されている。我々の研究室では筑波大学との共同研究で、mtDNAに変異をもつマウスとそれらから樹立したiPS細胞を用いて、卵母細胞系列におけるmtDNAのトラッキングを行い、mtDNAの品質管理機構の解明を行なっている。この解明は生殖細胞がもつ遺伝物質の品質管理機構の理解に貢献するほか、ミトコンドリア病の原因究明や予防法の開発などに寄与すると考えられる。