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2011年07月08日
生殖細胞の性別を決める遺伝子の発見

自然科学研究機構 岡崎統合バイオサイエンスセンター(岡崎統合バイオ)・基礎生物学研究所の橋山一哉研究員、林良樹助教および小林悟教授は、ショウジョウバエを用いた研究により、生殖細胞のメス化の鍵を握る遺伝子を発見しました。この成果は、米国科学雑誌「Science」の電子版にて7月8日(金)に発表されます。

[研究の背景及び概要]

生物を構成する細胞は、個体を作る体細胞と、次世代に命をつなぐ生殖細胞に大きく分けられます。多くの動物において、体細胞にオスとメスの区別があるように、生殖細胞にも性の区別があります。たとえば、オスの生殖細胞は精子を造り、メスの生殖細胞は卵に分化します。では、この生殖細胞の性は、どのように決められているのでしょうか?体細胞の性を決める遺伝子は、脊椎動物や昆虫のショウジョウバエ等において既に明らかにされています。これら遺伝子は、どちらか一方の性の体細胞で働くことにより、体細胞の性の区別を生み出します。一方、生殖細胞の性は、それを取り囲む体細胞の性に依存して決まるとされてきました。しかし、体細胞の性を決める遺伝子の欠損などにより体細胞が性転換しても、生殖細胞の性は変化しない例がいくつも報告されてきました。このことは、これまでの定説とは異なり、生殖細胞独自に性を決める遺伝子があることを物語っています。本研究グループは、ショウジョウバエを用いて、このような生殖細胞の性の区別を生み出す鍵となる遺伝子を世界に先駆け発見しました。この成果は、他の動物における生殖細胞の性を決める機構を明らかにする上での重要な第一歩となります。

[研究の成果概要]

卵の発生過程において、生殖細胞(始原生殖細胞)は、卵巣あるいは精巣となる生殖巣と呼ばれる組織と離れた場所に形成され、生殖巣へと移動した後に、卵あるいは精子に分化します。始原生殖細胞が卵に分化するか、それとも精子に分化するかという性別は、体細胞で構成される生殖巣の性に依存すると考えられてきました。例えば、ショウジョウバエでは、オスの生殖巣に入った始原生殖細胞は、生殖巣からの「オスになれという指令(オス化シグナル)」を受けてオス化し、精子に分化します。一方、メスの生殖巣に入った始原生殖細胞は、このシグナルを受けることなく、メスとなり卵に分化すると考えられてきました。この考え方をもとにすると、生殖巣へと移動途中にある始原生殖細胞は、性の区別がないということになります。しかし、研究グループは、この移動中の始原生殖細胞に性差があることを発見しました。Sxl(エス・エックス・エル)と呼ばれる遺伝子が、メスの始原生殖細胞のみで活性化されていたのです。 メスの始原生殖細胞において、このSxl遺伝子の働きを抑制すると、その始原生殖細胞からは卵が作られなくなりました。さらに、本来Sxl遺伝子を発現しないオス始原生殖細胞でSxl遺伝子を強制的に活性化し、メス個体の生殖巣に移植すると卵に分化することがわかりました。Sxl遺伝子を強制的に活性化していないオス始原生殖細胞を、メス個体の生殖巣に移植しても、決して卵に分化しないことから、オス始原生殖細胞がSxl遺伝子の働きにより性転換しメスとなり、卵を作る能力を獲得したことがわかります(参考図1)。さらに、おどろいたことに、Sxl遺伝子により性転換したオス始原生殖細胞から作られた卵は、正常に精子と受精し、次世代を生み出すことができました。このことは、Sxl遺伝子により、始原生殖細胞のオスからメスへの完全な性転換が起きたことを示しています。以上の結果から、Sxl遺伝子が始原生殖細胞のメス化の鍵を握る遺伝子であると結論できます。

本研究により、生殖細胞の性は、これまでわかっていた生殖巣の体細胞からの影響とともに、生殖細胞自身が持つ性決定プログラムにより決定されることが初めて証明されました(参考図2)。この成果は、ショウジョウバエ以外の動物における生殖細胞の性決定の研究の新たな扉を開いたといえます。今後、Sxl遺伝子自身あるいはSxlのもとで働く遺伝子群を他の動物で探索することで、生殖細胞の性を決める機構が多くの動物で保存されているのかを明らかにしたり、生殖細胞の性を自由にコントロールすることも可能になるかもしれません。

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参考図1 実験結果の要点 (詳しくは本文参照)

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参考図2 生殖細胞における性決定機構のモデル

上段:オスにおける始原生殖細胞の性決定:始原生殖細胞 (黄丸) でSxl遺伝子が発現せず、生殖巣へと移動した後に、体細胞 (緑) からのオス化シグナル (青矢印) により生殖細胞のオス化 (青丸) が起こる。
下段:メスにおける始原生殖細胞の性決定:始原生殖細胞でSxl遺伝子が発現し、始原生殖細胞のメス化 (赤丸) が起こる。

[発表雑誌]

米国科学雑誌「Science」
日本時間2011年7月8日に電子速報版にて公開予定。

論文タイトル:
"Drosophila Sex lethal Gene Initiates Female Development in Germline Progenitors"

著者:Kazuya Hashiyama, Yoshiki Hayashi and Satoru Kobayashi

[研究グループ]

岡崎統合バイオサイエンスセンター・基礎生物学研究所 発生遺伝学研究部門の橋山一哉研究員、林良樹助教および小林悟教授により行われた研究です。

[研究サポート]

本研究は、文部科学省科学研究費補助金「新学術領域研究(配偶子幹細胞制御機構)」「基盤研究B」「若手研究スタート支援」「特別研究員奨励費」のサポートを受け行われました。

[本件に関するお問い合わせ先]

自然科学研究機構 岡崎統合バイオサイエンスセンター
基礎生物学研究所 発生遺伝学研究部門 教授: 小林 悟(コバヤシ サトル)
TEL: 0564-59-5875
FAX: 0564-59-5879
E-mail: skob@nibb.ac.jp

[報道担当]

基礎生物学研究所 広報国際連携室 
倉田 智子
Tel: 0564-55-7628
Fax: 0564-55-7597
E-mail: press@nibb.ac.jp

 

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