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2012年01月13日
脊椎動物の性決定のシステムは動物によって異なる

 脊椎動物は必ず雌か雄のどちらかになります。しかしその雌や雄を作り出す性決定システムの進化については詳しく判っていません。これを知るためには、様々な生物の性決定の仕組みを調べる必要があります。今回、基礎生物学研究所 生殖遺伝学研究室の中村修平リサーチフェローと田中実准教授らは、哺乳類では雄の性決定に重要な働きを持つ遺伝子であるsox9に注目し魚類であるメダカにおけて機能解析を行いました。その結果メダカsox9遺伝子は、哺乳類とは異なり、雄の性決定に関与していないことを示しました。このことは、性を決めるシステムそのものが、進化の過程で新たに作り出されたことを示しています。以上の成果は、総合学術雑誌「PLoS ONE」にて発表されました。

 

[研究の背景]

 脊椎動物は必ず雌か雄になります。受精卵から身体ができる過程で、雌雄のどちらかに決まることを性決定と言い、この決定に従って身体は卵巣もしくは精巣を作り、雌あるいは雄へと分化します。この性の決定過程はいくつもの遺伝子が関わるシステムとして働いています。このシステムの中でも最初のきっかけは動物によってさまざまで、動物種によって異なる性決定遺伝子が使われていることが知られています。しかし、この性を決めるシステムの全体が果たして動物によって異なるのか、あるいはきっかけの部分のみが異なるかは不明でした。今回、哺乳類の性決定システムの中で雄にすることに重要な働きをする(すなわち精巣を作らせる)sox9遺伝子に着目し、メダカsox9の機能を解析しました。

 

[研究の成果]

 研究グループは、メダカsox9 の機能が失われた突然変異体を単離し(図1)、どこがおかしくなるかを調べることによりsox9 の機能を解析しました。

 

fig1.jpg

図1: sox9機能の失ったメダカ

 

 メダカはY染色体上の性決定遺伝子(DMY)があると雄になります。しかしこの遺伝子がどのように働き、雄化(精巣形成)を引き起こすかは判っていません。一方の哺乳類では、DMYとは異なる遺伝子SryがY染色体上の性決定遺伝子として知られており、この遺伝子がきっかけとなってSox9遺伝子を雄のみで発現させて雄化を引き起こします。

 

 ところが今回の研究の結果、メダカではsox9 の機能がなくなっても雄になることが判りました。すなわちsox9遺伝子の機能がなくても、精巣を作り出すための遺伝子は働き、精巣ができることが確認されたのです。このことはメダカにおいてはsox9遺伝子が雄化機能をもたないことを意味します。そこで雌の個体にsox9遺伝子を導入してみて確認実験を行いましたが、やはり雄化はおきませんでした。以上は、メダカではsox9が雄への性決定システムに関与しておらず、性決定システムそのものが哺乳類とは異なることを示しています。

 

 それではメダカではsox9はどのような機能を持っているのでしょうか?sox9の機能が失われたメダカをさらに解析したところ、卵巣や精巣は形成されることは確認されました。しかし卵や精子を作り出す元の細胞である生殖細胞は時を経るにつれて失われることが判りました。詳しく調べてみると、細胞同士の接着や相互作用に関する細胞外マトリックスと呼ばれる成分の量や配置がおかしく、実際sox9遺伝子を失ったメダカと正常なメダカとの間でキメラメダカを作製すると、sox9遺伝子を失ったメダカの細胞は生殖細胞との相互作用が正常の細胞より著しく弱まっていることが明らかとなりました。

 

 メダカsox9遺伝子は精巣でのみ発現する哺乳類とは異なり、生殖幹細胞の存在するニッチ構造で卵巣や精巣ともに発現します。今回の結果によりsox9はこのニッチ構造で生殖細胞を維持するのにきわめて重要な役割を持つことが明らかとなりました。さらに、メダカsox9遺伝子は雄化の性決定には関与しないことも明らかになりました。このことは、性の決定システムの中で性決定遺伝子だけが動物によって異なるのではなく、性の決定システムそのものが独自に進化してきたことを示しています。雌や雄になり、卵巣か精巣をつくることはすべての脊椎動物では共通でありながら、それを決めるシステムそのものは動物によって異なることが明らかとなりました。

 

 同じ卵巣でも哺乳類の卵巣には、メダカと違って卵を作り続ける生殖幹細胞がありません。これはSox9遺伝子が雄化の性決定のシステムに使われることにより卵巣での発現が失われてしまい、このことが、生殖幹細胞が維持できない一因をなしていると考えられます(図2)。

 

fig2.jpg

図2: 哺乳類では、独自の性決定システムにとりこまれたsox9機能が生殖腺構造の差をもたらす。

 

 本研究は、慶應義塾大学医学部谷口善仁博士と国立遺伝学研究所豊田敦博士との共同研究です。

 

 

[発表雑誌]

「PLoS ONE」(総合学術雑誌 プロスワン)

論文タイトル:
"Analysis of medakasox9 orthologue reveals a conserved role in germ cell maintenance."


著者: Shuhei Nakamura, Ikuko Watakabe, Toshiya Nishimura, Atsushi Toyoda, Yoshihito Taniguchi and Minoru Tanaka

 

[研究サポート]

本研究は、文部科学省科学研究費補助金のサポートを受けて実施されました。

 

[本件に関するお問い合わせ先]

基礎生物学研究所 生殖遺伝学研究室

准教授: 田中 実 (タナカ ミノル)

〒444-8787 愛知県岡崎市明大寺町字東山5-1

Tel: 0564-59-5851

E-mail: mtanaka@nibb.ac.jp

ホームページ http://www.nibb.ac.jp/reprogenetic/

 

<報道担当>

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構

基礎生物学研究所 広報室

倉田 智子

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