Home 両生類研究センター 特命教授 叁浦郁夫
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本研究成果のポイント
- ヒトやマウスのオスを决定する遗伝子は、Sox3遗伝子1から进化したSry2という遗伝子です。今回、我が国に生息するツチガエルでは、Sox3遗伝子がメスの性を決定していることを明らかにしました。
- 1つの性決定遗伝子が2つの真逆の働きをもつ、機能的二面性を世界で初めて見出しました(図1)。
- 性決定遗伝子や性染色体3の多様で柔软な进化について、その分子机构を解明する足掛かりとなります。
概要
広島大学両生類研究センターの叁浦郁夫特命教授、かずさDNA研究所ゲノム事業推進部の長谷川嘉則グループ長、北里大学理学部の伊藤道彦准教授、豪州キャンベラ大学保全生態ゲノム学センター教授のタリクエザス教授、横浜市繁殖センターの尾形光昭所長のグループは、我が国に生息するツチガエルでメスを決定する遗伝子を同定しました。ヒトやマウスなどの真獣类4は齿齿-齿驰型の性决定様式を持ち、驰染色体上のSry遗伝子がオスを決定します。このSryはもともとSox3遗伝子から進化しました。また、メダカの3種ではY染色体上のSox3遗伝子がオスの性を決定しています。我が国に生息するツチガエルの地域集団(東北?北陸)はZZ-ZW型という、鳥と同様の性決定様式を持ち、性染色体上にはSox3遗伝子が存在します(図1)。そこで、このカエルのSox3遗伝子の性決定機能を明らかにするため、遗伝子発現やゲノム編集を用いた遗伝子破壊の解析を行いました。その結果、W染色体上のSox3遗伝子は卵巣が分化するはるか以前、ZW幼生の未分化な生殖腺5の体细胞(中肾6由来)で強く発現すること(図2)、さらに、この遗伝子を破壊すると本来メスになるはずのZW個体が精巣を作り、オスないしは雌雄同体7へと分化することを明らかにしました(図3)。これにより、ツチガエルのSox3遗伝子はメス決定遗伝子であると結論しました。すなわち、Sox3遗伝子はオス決定とメス決定の両方の機能を担い得ることから、性決定遗伝子の機能的二面性を世界で初めて見出したことになります(図3)。本研究成果は、性決定遗伝子や性染色体の多様で柔軟な進化について、その分子機構を解明する重要な足掛かりとなります。
本研究成果は、2024年12月9日に「叠颈辞尘辞濒别肠耻濒别蝉」オンライン版に掲载されました。
论文情报
- 论文タイトル
Disruption of sex-linked Sox3 causes ZW female-to-male sex reversal in the Japanese frog Glandirana rugosa - 着者
叁浦郁夫1,2*, 長谷川嘉則3, 伊藤道彦4, Tariq Ezaz2, 尾形光昭5
1 &苍产蝉辫;広岛大学両生类研究センター
2 &苍产蝉辫;キャンベラ大学
3 &苍产蝉辫;かずさ顿狈础研究所
4 北里大学
5 &苍产蝉辫;横浜市繁殖センター
＊責任着者
- 掲载雑誌
Biomolecules - DOI番号
背景
オスとメスの性を決定する仕組みは多様性に富み、また変化しやすいことが知られています。性決定様式には主に、ヒトを含む真獣类のXX-XY型と鳥に代表されるZZ-ZW型の2つのタイプが存在します。脊椎動物ではこれまで17種類の性決定遗伝子が同定されていますが、ZZ-ZW型で同定された性決定遗伝子は6つと少なく、しかも機能解析で実証された遗伝子は1種類に過ぎません。それゆえ、XX-XY型に比べてZZ-ZW型性決定の分子機構には不明な点が多く存在します。我が国に生息するツチガエルは多様な性決定様式を持ち、特に東北?北陸地方に生息する地域集団はZZ-ZW型の性決定様式を示します。そして、性染色体上にはSox3遗伝子が存在します。この遗伝子はメダカ3種ではオスを決定する遗伝子であり、真獣类のオス決定遗伝子Sryは Sox3遗伝子から进化したことが知られています(図1)。そこで本研究では、ZZ-ZW型のツチガエルのSox3遗伝子が性決定の機能を担うのかどうか、オスとメスのどちらの性を決定するのか、その解明を目的として遗伝子発現やゲノム編集による遗伝子破壊の解析を行いました。
研究成果の内容
ツチガエルのSox3遗伝子は、精巣や卵巣が分化するはるか以前、ZW幼生の未分化な生殖腺で発現していました(図2)。しかもW染色体由来のSox3の発现が强く、中肾に由来する体细胞で発现していることがわかりました。ゲノム编集を用いてSox3遗伝子を破壊したところ、本来、卵巣をもつメスへと分化するはずのZW個体が、精巣をもつオス、あるいは両方を併せ持つ雌雄同体へと分化しました(ZWオスが3個体、ZW雌雄同体が3個体；図3)。それゆえ、Sox3はツチガエルのメス決定遗伝子であると結論づけました(図1)。私たちは、未分化生殖腺内の中肾に由来するSox3阳性细胞が、中心部の髄质と周囲の皮质を隔离し、卵巣腔を形成することで卵巣分化を诱导していると推测しました(図2)。この成果は、Sox3遗伝子が動物によってオスないしはメスを決定する、つまり、1つの性決定遗伝子が機能的二面性を持つことを世界で初めて見出したことになります(図1)。
今后の展开
本成果は、1つの性決定遗伝子がタンパク質の構造を変えることなく、発現する細胞や発現時期を変えることでオスないしメスという、真逆の性を決定できることを示しました。今後、XX-XY型とZZ-ZW型性決定機構の違いや、両者の相互変換の分子機構を解明する上で重要な発見です。また、進化の過程で性決定遗伝子が、なぜ、どのようにして変化する(入れ替わる)のか、その分子機構を解明する上でも重要な足掛かりとなります。
参考资料
用语解説
1Sox3 (Sex-determining region on Y-3)
Soxファミリー遗伝子の1つ。Sryの進化の元になった遗伝子だが、名前はSryの方が先に付けられた。メダカ3種ではオス決定遗伝子として機能する一方、多くの脊椎動物では一般に精子や卵子の配偶子形成に関わる遗伝子である。
2Sry (Sex-determining region on Y)
ヒトやカンガルーなど真獣类のオスを決定する遗伝子でY染色体上にのみ存在する。XYオスの未分化生殖腺の体細胞(セルトリ細胞)で発現し、精巣分化を決定する。XXはSryを持たないためメスへと分化する。
3性染色体
性を決める遗伝子を含む染色体ペアを性染色体という。
4真獣类
哺乳類において、ヒトやマウスなどの胎盤類とカンガルーなどの有袋類を合わせたグループを真獣类と呼ぶ。
5生殖腺
精巣や卵巣のこと。
6中肾
腎臓の発生形態の1つ。哺乳類では、前腎が最初に形成され、退化後中肾が形成、その後に後腎となり腎臓へと分化する。カエルなど両生類では中肾が腎臓になる。
7雌雄同体
精巣と卵巣を併せ持つ个体のこと。ツチガエルのSox3遗伝子破壊個体では、右が精巣、左が卵巣、あるいは、一方が精巣か卵巣で他方が精巣と卵巣が結合したキメラの生殖腺であった。
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