生殖はすべての生物種が存続するうえで欠かせない生命現象ですが、種によってその仕組みはさまざまです。私たちヒトを含む脊椎動物においては、複数の組織・器官が連携して複雑で精緻なシステムを構築しています。そのような器官のひとつ、卵巣は女性(メス)において卵子を産生するばかりでなく、ホルモン分泌などを通して周期的に卵子を受精可能な状態に成熟させ排卵しています。

性周期は、生殖機構を制御するメインシステムであり、その制御が適切でないと、卵子の未成熟、排卵障害などを引き起こし、不妊に至るケースもあります。これまでのさまざまな研究から、生殖関連組織の役割や種々のホルモンのフィードバックによる時空間的な制御など、基本的な仕組みが明らかにされてきましたが、複雑で精緻なシステムには未知の部分も多く、性周期の乱れや卵巣機能の低下など生殖機構に支障が生じる分子メカニズムについてはあまり解明が進んでいないのも事実です。

PRIP遺伝子欠損マウスは出産仔数や出産回数が減少する

私たちの研究グル−プは、PRIPというタンパク質の生体における機能について研究を行っており、これまでに細胞内のカルシウム濃度や特定のシグナル伝達の制御などに関わることを明らかにしました。このタンパク質の遺伝子を欠失させたノックアウトマウスを作製したところ、出産仔数や出産回数が減少するといった表現型が観察され、生殖系に異常があることが示唆されました。そこで、生殖機構におけるPRIPの役割に着目し解析を始めました。

野生型のメスとPRIPをノックアウトした(PRIP-KOマウス)オスを交配させると、野生型どうしを交配したときの出産仔数まで戻りましたが、野生型のオスとPRIP-KOのメスを交配させても出産仔数の回復が見られなかったので、PRIP-KOマウスでの生殖異常はメスに起因することがわかりました。そこで、メスのマウスについて解析を進めました。

卵胞の成熟にはPRIPが必要

PRIP-KOのメスでは野生型に比べ性周期が乱れており、黄体形成ホルモン(LH)や卵胞刺激ホルモンの下垂体からの分泌が不規則で、かつ増加していました。そこで、これらのホルモンを規則的にマウスに投与して人為的に性周期を整え、卵胞を成熟させ排卵する実験を行いました(ヒトの不妊治療に類似しています)。

しかし、同じ実験を行った野生型に比べ、PRIP-KOマウスでは排卵数が激減していました。このことは、自然交配で産まれてくる仔の数が少ないことと一致するとともに、性周期を整えるホルモンを投与しても効き目が薄いことも示しており、反応すべき卵巣に異常があることが示唆されました。卵巣の切片を作製して観察したところ、PRIP-KOマウスでは未成熟卵胞の数が多く、排卵刺激を行ったにも関わらず排卵した卵胞(黄体)の数が減少していました。また、出血性嚢胞や未成熟なまま黄体化した卵胞など組織形態学的異常も見られました。

排卵数が少ない原因として、排卵という仕組み自体が障害されているか、あるいは排卵可能な状態まで卵胞が育っていないかが考えられますが、その後の解析から、卵胞はある程度まで育つもののそれ以降の成熟が進みにくくなっており、そのために成熟卵胞の数も排卵数も少なくなることがわかりました。つまり、卵胞(卵子)の成熟にPRIPが必要だということです。

黄体形成ホルモンとその受容体

本来、LHは排卵直前に一過性に分泌量が急激に上昇しますが、上述のようにPRIP-KOマウスではその分泌が不規則でかつベースの分泌量が高いことがわかったので、この点についてさらに解析を進めました。その結果、下垂体から分泌されたLHを受け取るLH受容体タンパク質の卵巣における発現量が増加していました。さらにそのホルモン刺激を受け取ったあと細胞内で起こるシグナル伝達が、排卵前だけでなく性周期の初期から亢進していることもわかりました。卵胞が成熟してから受けるべき刺激を未成熟な時期から受けることで、PRIP-KOマウスでは卵胞が成熟しにくい環境になっていると考えられます。

このほか、PRIP-KOマウスでは血液中のエストロゲン量の減少、テストステロン及びインスリン量の増加などが見られ、ヒトの不妊症の原因のひとつである多嚢胞性卵巣症候群(PCOS)に似た特徴を示しました。興味深いことに、ヒトの遺伝子発現の国際的なデータベースをもとに解析すると、痩せ型のPCOS患者ではPRIPの発現が低下傾向にあることがわかりました。PRIP-KOマウスも痩せ型ですので、PCOSと部分的に類似している可能性があります。

最後に

PRIPがLHの分泌やLH受容体の発現調節を通して卵胞成熟をポジティブに制御することがわかりました。それらの調節にPRIPがどのように関わっているかなど全容を解明するにはさらなる研究が必要ですが、卵胞成熟を助ける新たな分子の発見は、未だ不明な点が多い生殖機構の基盤研究に進展をもたらすとともに、不妊症など婦人科系疾患の病因・病態の解明につながることが期待されます。

PRIP-KOマウスは、一部PCOSに似た特徴を示しますが、不妊治療で排卵誘発を行ってもなかなか卵胞が成熟せず排卵に至らないケースにも似ているので、そのような病態のモデルマウスとして応用することも可能です。また、PRIPが存在することで卵巣機能が良好であり続ければ、老化を遅らせることにも寄与するので、アンチエイジングへの手がかりのひとつとなる可能性があります。そういった可能性を含め、さらに解析を進めていきたいと思います。

PRIPはシグナル伝達制御の領域において有名とは言い難い分子ですが、そんな無名な分子でも生体内からなくなると卵胞の成熟がうまく進まず出産仔数が減ることになるので、そのような分子が他にも存在する可能性があると思われます。卵胞成熟の制御はとても複雑でさまざまな分子やシグナル経路が関わっていることを改めて実感しました。

参考文献
Matsuda, M. and Hirata, M.: Phospholipase C-related but catalytically inactive proteins regulate ovarian follicle development. J Biol Chem. 292: 8369-8380, 2017.
Matsuda, M., Tsutsumi, K., Kanematsu, T., Fukami, K., Terada, Y., Takenawa, T., Nakayama, K.-I. and Hirata, M.: Involvement of phospholipase c-related inactive protein in the mouse reproductive system through the regulation of gonadotropin levels. Biol Reprod. 81: 681-689, 2009.

この記事を書いた人

松田美穂
松田美穂

九州大学大学院歯学研究院口腔細胞工学 講師。福岡県出身。九州大学大学院医学研究科分子生命科学系専攻博士課程修了 博士(理学)。生物個体の発生、分化、生体恒常性維持の分子メカニズムに興味を持ちつつ、現在は生殖機構の制御と骨代謝制御に関する研究を行っています。生き物が大好きで、遠方に行くとさまざまな動植物を見つけて楽しんでいます。最近、富士山に登頂した際、7合目付近で野鳥を見つけました(でも鳥に見とれて写真を撮り損い、名前がわかりません)。