北海道大学 大学院 生命科学院
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記事詳細

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細胞質の顆粒状構造が減数分裂の進行を制御

細胞質の顆粒状構造が減数分裂の進行を制御

北海道大学大学院生命科学院の小谷友也准教授、大学院生命科学院博士課程(当時)の武井夏海さんは、mRNAとタンパク質からなる顆粒状構造がマウス卵母細胞に複数種類存在すること、この構造が減数分裂を進行させる重要な制御機構となることを見出しました(図1)。

有性生殖を行う動物は卵と精子を形成します。これら生殖細胞は体細胞の半分の数の染色体を持ちます。染色体の数を半分とするために特に重要な過程は、「減数分裂の第一分裂を終了したのちにDNA複製を行わず第二分裂を進行させる」ことです。Emi2タンパク質は、減数分裂の第一分裂が終了する時期に発現量が増加し、DNA複製を防ぐとともに第二分裂を正常に進行させます。さらに、このタンパク質は卵が受精なしに発生する単為発生を防ぐ役割を持ちます。

武井さんは本研究で、Emi2タンパク質がどのように「発現量を増加させるのか」を研究しました。その結果、Emi2タンパク質は減数分裂を開始する前には合成されておらず、第一分裂の終了時にmRNAから活発に合成されることを明らかにしました。すなわち、減数分裂開始前の卵母細胞はEmi2をコードするmRNAの翻訳を抑制しており、時期が来ると翻訳抑制を解き、翻訳を活性化することが分かりました。

小谷准教授の研究室では、減数第一分裂の進行に重要なCyclin B1タンパク質をコードするmRNAが顆粒状の構造をとることを明らかにしてきました。Emi2 mRNAはCyclin B1 mRNAと同じく顆粒状構造をとりましたが、興味深いことにそれぞれのmRNAは異なる顆粒を形成しました。さらに、これらRNA顆粒はいくつかのRNA結合タンパク質を共通して持つこと、一方で、それぞれに特有のタンパク質を含むことも明らかとなりました。武井さんはTdrd3と呼ばれるタンパク質がEmi2 mRNAに特異的に結合することを見出し、さらに、Emi2のRNA顆粒に含まれることを示しました(図1と2)。最も興味深いのは、Tdrd3タンパク質を人為的に分解し機能を阻害すると「卵母細胞は減数分裂の第一分裂を正常に進行するが、第二分裂に入らずに前核様の構造を形成する(図3)」ことです。この卵母細胞ではEmi2タンパク質が減少しており、かつ、Emi2タンパク質を強制発現させると第二分裂は正常に進行しました(図3)。以上の結果から、Tdrd3はEmi2 mRNAの翻訳を第一分裂終了時に活性化し、第二分裂を正常に進行させる機能を持つと結論されました。

今回の成果は、個体を生み出すために卵に秘められた謎の一つを解明したもので、Current Research in Cell Biology誌に登載されました。

本研究成果のより詳しい内容については,北大プレスリリース(https://www.hokudai.ac.jp/news/2021/06/tdrd3.html)にも掲載されております.ぜひ併せてご覧下さい。

論文情報

論文名: Tdrd3 regulates the progression of meiosis II through translational control of Emi2 mRNA in mouse oocytes

著者名: 武井夏海 1,佐藤圭祐 1,高田裕貴1,Iyyappan Rajan2,Susor Andrej2,山本雄広3,小谷友也1, 41北海道大学大学院生命科学院,2Institute of Animal Physiology and Genetics,3慶應義塾大学医学部,4北海道大学大学院理学研究院)

雑誌名: Current Research in Cell Biology

DOI: 10.1016/j.crcbio.2021.100009

(図1)マウス卵母細胞における顆粒構造の形成と減数分裂進行のモデル図。Cyclin B1 mRNA(赤)とEmi2 mRNA(緑)の顆粒構造には、それぞれPum1とTdrd3が特異的に含まれる。GVは卵の核(germinal vesicle)を示す。

(図2)Tdrd3タンパク質はEmi2 mRNAが形成する顆粒構造と共局在する。矢印は共局在部位を示す。スケールバーは2 µmを示す。

(図3)正常な卵母細胞は減数分裂を開始して14時間後に第二分裂の紡錘体(赤)を形成する(上段)。Tdrd3を分解した卵母細胞は、第一分裂を終了後に前核様の構造を形成する(中段)。Tdrd3を分解した卵母細胞でも、Emi2タンパク質を発現させると第二分裂の紡錘体を形成する(下段)。スケールバーは10 µmを示す。


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