「Y染色体遺伝子Zfy1、Zfy2の精子形成における相補的で多段階にわたる機能を解明」をPloS Geneticsに発表
私たちは新しいゲノム編集技術であるTALENや CRISPR/Cas9 systemを用いてY染色体上にある遺伝子のノックアウトマウスを作製しその機能解析を用いて、今までも世界に率先してY染色体の機能を明らかにしてきています。今回、このゲノム編集技術をさらに改良することで Zfy1 ノックアウト（KO）マウス、Zfy2KO マウス、Zfy1 と Zfy2 のダブルノックアウト（Zfy1/2DKO）マウスを高効率に作製することに成功しました。
解析の結果、Zfy1KO マウス、Zfy2KO マウスは自然交配により産仔を得ることができましたが Zfy1/2DKO マウスは不妊で した。この原因を調べていくと Zfy2KO、Zfy1/2DKO の精子は奇形や運動率の低下を認め、その程度は Zfy2KO よりも Zfy1/2DKO の方が重度でした。これらのことから Zfy1 と Zfy2 は相補的に精子形成に関与していることが示されました。
Zfy1/2DKOマウスは体外受精を行っても受精卵を得ることができませんでした。精子の奇形や運動率の低 下以外の原因を調べていくと、Zfy1/2DKO精子はcapacitationという雌性生殖器内や培養液中で起こる受精に必要な変化が起こっておらず、それに続いて起こる先体反応も起こっていないことがわかりました。
さらにZfy1/2DKO精子の受精能を調べるために顕微授精を行ったところ、Zfy1/2DKO精子の受精率は非常に低く、未受精卵の一部は活性化が起こる前の段階で発生が停止していました。これは精子に含まれる卵の活性化因子に異常があることを示しています。
またZfy1/2DKO精子を用いて顕微授精によって受精した胚を移植しても産仔を得ることができず、同様の胚を培養した結果、胚盤胞まで到達することなく発育を停止ししてし まいました。この原因を調べるために受精卵の染色体染色を行ったところ、精子由来の染色体が断片化を起こ していることが分かりました。
Zfy1とZfy2は遺伝子発現を制御する転写因子と考えられています。今回の研究で認められたさまざまな表 現型はZfy1とZfy2が制御する下流遺伝子の発現量が変化したために起こったものと考えられます。この下流遺伝子を同定するため、網羅的にタンパク質を調べることができる質量分析を行った結果、野生型（正常型）の精子タンパク質に比べてZfy1/2DKO精子タンパク質で発現量が低下していたもののうち今回の表現型を説明 しうる4つのタンパク質が含まれていました。その4つの遺伝子とは卵活性化因子であるPLCZ1、先体反応に関わるPLCD4,PRSS21、精子奇形に関わるHTTです。
Nakasuji, T., et al., Complementary Critical Functions of Zfy1 and Zfy2 in Mouse Spermatogenesis and Reproduction. PLoS Genet, 2017. 13(1): p. e1006578.