发现控制精子受精能力获得的分子——不摘下帽子和卵子无法受精的精子——

2023年1月26日 领域:生命科学医学类

关键词:受精、发生生物学、实验动物学、顶体反应

发现控制精子受精能力获得的分子——不摘下帽子和卵子和无法受精的精子——

【研究成果要点】 发现对精子受精能获得重要的蛋白质FER1L5

制作缺失FER1L5的小鼠时，精子没有获得受精能力，没有与卵子受精

FER1L5也存在于人类精子中，期待与男性不育的诊断和治疗方法的开发相关联

概要 大阪大学微生物病研究所的宫田治彦副教授、伊川正人教授、该研究生院医学系研究科的诸星茜(博士课程学生研究时)等研究小组发现了对获得精子受精能很重要的蛋白质FER1L5。 刚注射到雌性生殖途径的精子没有受精能力。 精子在生殖途径转移中发生顶体反应※1，就可以和卵子受精了。 但迄今为止，我们对顶体反应的调控机制几乎一无所知。 这次，伊川教授等人的研究小组着眼于被鉴定为线虫※2受精所必须的蛋白质的FER-1。 哺乳动物小鼠中也存在与FER-1相似的蛋白质，对其中功能未知的FER1L4、FER1L5、FER1L6进行分析，发现FER1L5对顶体反应和生殖能力很重要(图1 )。 已知人类精子中也存在FER1L5，本研究成果有望与男性不孕症的诊断和治疗方法的开发相关联。 本研究成果将于2023年1月26日(周四) (日本时间)在美国科学杂志《Science Advances》上公开。 

图1 .到达雌性生殖道内卵子的精子(红色)

缺失Fer1l5的精子不会发生顶体反应，即使到达卵子，顶体(绿色)仍然存在。 因此不能与卵子受精。 研究背景

顶体反应是受精必须的现象，但其控制机制多年来一直不清楚。  研究小组着眼于线虫受精所必须的蛋白质FER-1。 与人和小鼠的精子不同，线虫的精子像变形虫一样运动(图2上)。 FER-1在阿米巴运动开始时被发现为重要的蛋白质。  小鼠也存在6个与FER1相似的蛋白质( DYSF、OTOF、MYOF、FER1L4、FER1L5、FER1L6)。 虽然已知DYSF与肌肉萎缩相关，OTOF与耳聋相关，但与FER-1相似的蛋白质是否与哺乳类的精子功能相关尚不清楚。 研究内容

使用老鼠的各组织调查了功能未知的Fer1l4、Fer1l5、Fer1l6的表达，所有的基因都在精巢中表达，有可能在精子中发挥作用。 因此分别制备了缺失Fer1l4、Fer1l5、Fer1l6的小鼠，发现只有Fer1l5对雄性小鼠的生殖能力重要。 缺失Fer1l5的精子在形态和运动性上未发现明显异常，但无法与卵子受精。 进行了进一步的分析，明确了在Fer1l5缺失精子中不会发生顶体反应(图3 )。

本研究成果对社会的影响(本研究成果的意义) 可以认为FER1L5的发现将成为阐明多年不明的顶体反应控制机制的突破口。 在包括日本在内的发达国家，6对有1对夫妇为不孕而烦恼，据说其中半数是由男性引起的。 FER1L5也存在于人类精子中，FER1L5的功能不全可能是男性不育的原因。 期待本研究成果能与男性不育的检查诊断方法的确立和治疗方法的开发有关联。 特别记载事项 本研究成果将于2023年1月26日(周四) (日本时间)刊登在美国科学杂志《Science Advances》(在线)上。

标题:“Testis-enriched ferlin，FER1L5，is required for Ca2 +-activated acrosomereaction and male fertility” 作者名称: Akane Morohoshi，Haruhiko Miyata，Keizo Tokuhiro，Rie Iida-Norita，TaichiNoda，Yoshitaka Fujihara，and Masahito Ikawa doi:https://www.science.org/doi/10.1126/sci adv.ade 7607

另外，本研究除了JST开创性的研究支持事业以外，还包括日本学术振兴会(科研费)、JST战略性创造研究推进事业( CREST )、日本医疗研究开发机构( AMED )、武田科学振兴财团、住友财团、中岛纪念财团、持田纪念医学药学振兴财团、美国国立卫生研究所( NIH )、比尔&梅林达盖茨基金会的支持下进行。

图2 .精子变化 线虫精子活化，表现为阿米巴运动。 小鼠精子发生顶体反应，与卵子融合所需的分子露出。

图3 .精子头部电镜观察

即使添加强力的顶体反应诱发剂，缺失Fer1l5的精子也不会发生顶体反应，顶体仍然残留。 术语说明 ※1顶体反应

顶体是存在于精子头部的袋状结构，像帽子一样复盖头部(图2下)。 顶体反应会释放出顶体内含有的酶等。 由此露出了与卵子融合所必须的分子，然后精子和卵子就可以受精了。 ※2线虫线虫中含有导致食物中毒的异尖线虫等。 同样是线虫的一种，C. elegans作为模型生物经常被用于研究。 与哺乳类等精子不同，C. elegans的精子没有尾巴，像变形虫一样运动。 FER-1参与精子内囊泡的释放，由此精子开始阿米巴运动(图2上)。

【宫田副教授评论】 以前不是没有像缺失Fer1l5的老鼠那样发生顶体反应的例子吗？ 我想以发现FER1L5为立足点，明确顶体反应的控制机制。 我觉得和精子数量形态的异常和运动性的下降相比，顶体反应不全很难通过精液检查发现。 但是，通过这次的研究也可以看出，顶体反应是受精必须的现象。 我想通过明确顶体反应的控制机制，来开发男性不育的检查和诊断方法。参考URL 微生物病研究所基因功能分析领域 URL https://EGR.biken.osaka-u.AC.jp / 关于这件事的咨询方式 大阪大学微生物病研究所副教授宫田治彦 教授伊川正人 tel:[phone]传真: [phone] e-mail:h miya 003 [ at ] biken.osaka-u.AC.jp (宫田) ikawa[at]biken.osaka-u.ac.jp (伊川) ( JST事业相关事宜) 科学技术振兴机构战略研究推进部开创性的研究支援事业推进室中神雄一 tel:[phone]传真: [phone] e-mail:souhatsu-inquiry [ at ] jst.go.jp (有关报道的事情) 大阪大学微生物病研究所企划·宣传推进室中辻咲绫(名古屋) tel:[phone]传真: [phone] 科学和技术振兴机构宣传科 tel:[phone]传真: [phone] E-mail: jstkoho[at]jst.go.jp 。