JP2006006311A - Model animal of male sterility exhibiting sperm morphogenesis failure - Google Patents

Model animal of male sterility exhibiting sperm morphogenesis failure Download PDF

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Fumitoshi Ishino
史敏 石野
Masayuki Kai
正之 甲斐
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a model animal causing dominant sperm morphogenesis failure which is conventionally difficult to technically carry out maintenance and passage and reproducing male sterility, to provide a method for maintenance and passage of the model animal of the male sterility, to provide a method for screening a prophylactic agent or a therapeutic agent for the male sterility using the model animal of the male sterility, to provide a method for screening a causative substance of the male sterility and to provide a method, etc., for diagnosing the male sterility. <P>SOLUTION: A nonhuman animal such as a mouse is used as the model animal of the male sterility as follows. In the nonhuman animal, all or a part of an endogenous gene of the nonhuman animal encoding cortactin is inactivated by a genetic mutation such as destruction, deletion or substitution to lower functions expressing the cortactin and one allele is provided with the genetic mutation. For example, an abnormality is caused in an actin filament layer contained in an ES (Sertoli-spermatid ectoplasmic specialization) in a Sertoli cell and morphologic abnormality of an elongated spermatid and exfoliation thereof from the seminiferous epithelium are caused in the model mouse of the male sterility. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、これまで技術的に維持・継代が困難であった優性精子形態形成不全が引き起こされ男性不妊症を再現できるモデル動物や、かかる男性不妊症モデル動物の維持・継代方法や、かかる男性不妊症モデル動物を用いた男性不妊症の予防・治療剤のスクリーニング方法や、男性不妊症の原因物質のスクリーニング方法や、男性不妊症の診断方法などに関する。   The present invention is a model animal capable of reproducing male infertility caused by dominant sperm dysplasia, which has been technically difficult to maintain and pass until now, a method for maintaining and passaging such male infertility model animals, The present invention relates to a screening method for a prophylactic / therapeutic agent for male infertility using such male infertility model animals, a screening method for a causative substance of male infertility, a diagnostic method for male infertility, and the like.

生殖は、自身の遺伝情報を次世代に伝え生命の連続性を保つ、生物にとって極めて基本的な現象である。哺乳類を含む多細胞生物の場合、体細胞が個体の生命を維持するために分化し、一代限りで役割を終えるのに対して、生殖細胞はその個体を離れ、次世代の個体を形成する。雄性配偶子である精子は、体外に排出され雌性配偶子である卵と受精するが、哺乳類は胎生であるため、受精の場は雌の体内となり、かつ一度に排卵される卵の数も制限される。従って、哺乳類の雄は受精の機会を確実にするため多くの精子を連続的に生産し、かつ送りだすための機構を発達させている。この機構を理解する為に、精子形成に関与する遺伝子の単離と解析が進められている。   Reproduction is a very basic phenomenon for living organisms that transmits its own genetic information to the next generation and maintains the continuity of life. In the case of multicellular organisms including mammals, somatic cells differentiate to maintain an individual's life and finish their role for only one generation, whereas germ cells leave the individual and form the next generation individual. Sperm, which is a male gamete, is excreted out of the body and fertilized with an egg, which is a female gamete, but because mammals are embryonic, the place of fertilization is in the female body and the number of eggs ovulated at one time is also limited Is done. Thus, mammalian males have developed mechanisms to continuously produce and deliver many sperm to ensure fertilization opportunities. In order to understand this mechanism, isolation and analysis of genes involved in spermatogenesis have been promoted.

(男性不妊)
ヒトにおいては、約10〜15%の夫婦に不妊症状が見られ、その数は増加傾向にあると言われている。かつて不妊は女性側の問題が大きいと考えられていたが、現在の知見では男女の寄与はほぼ半々であると言われており、男性不妊の診断、治療の重要性が高まっている。臨床的に見た男性不妊の原因は、以下の3つに大別される。このうち最も多いのは造精機能障害で、男性不妊の約70〜90%がこれに分類される。
(1)造精機能障害:睾丸(精巣)で精子を造る機能に関する障害。精液中の精子数・奇形精子率・運動性などに応じて、無精子症・乏精子症・精子無力症・精子奇形症などの症状に分類される。
(2)精管通過障害:精巣上体・尿道など精子が通る器官の障害。閉塞性無精子症・精巣上体炎・逆行性射精など。
(3)性機能障害:性行為に関する障害。勃起障害(ED)・射精障害など。
(Male infertility)
In humans, infertility symptoms are seen in about 10 to 15% of couples, and the number is said to be increasing. Infertility was once thought to be a major problem for women, but current knowledge suggests that men and women contribute almost halfway, and the importance of diagnosing and treating male infertility is increasing. The causes of male infertility seen clinically are roughly classified into the following three. Of these, the most common is spermatogenic dysfunction, which accounts for about 70-90% of male infertility.
(1) Impaired dysfunction: Disorders related to the function of producing sperm in the testicle (testis). Depending on the number of sperm in the semen, malformed sperm rate, motility, etc., it is classified into symptoms such as azoospermia, oligospermia, asthenozoospermia, sperm malformation.
(2) Vascular passage obstruction: An obstruction of an organ through which sperm passes, such as the epididymis or urethra. Obstructive azoospermia, epididymis, retrograde ejaculation, etc.
(3) Sexual dysfunction: Disorders related to sexual activity. Erectile dysfunction (ED), ejaculation disorder, etc.

現在行われている男性不妊の治療は、主にホルモン剤や漢方等の薬物療法と、体外受精・顕微授精などの生殖補助技術(assisted reproductive technology;ART)を用いる方法である。精管閉塞の場合外科的に精管再建術を施す場合もあるが、改善が見られないケースも多い。ARTを用いる方法が現在のところ最も強力で、特に顕微授精(intracytoplasmic sperm injection;ICSI)によって、精巣内に完成精子のない完全無精子症の患者も、伸長精子細胞があれば子供を得ることができる。顕微授精は「現状で最も妊娠を望める方法」として適用数が増加しているが、問題点も議論されている。まずARTを用いる方法は患者に対する経済的な負担が小さくない。また、本来であれば次世代には伝わらないはずの遺伝的要素を人為的に残してしまうことへの懸念も議論されている。ICSIを受けて生まれた男子がまた不妊であったケースも報告されている(例えば、非特許文献1、2参照)。   The currently used treatment of male infertility is a method that mainly uses pharmacological treatments such as hormonal agents and Chinese medicine, and assisted reproductive technology (ART) such as in vitro fertilization and microinsemination. In the case of vagina obstruction, vagina reconstruction may be performed surgically, but in many cases no improvement is seen. The method using ART is the most powerful method at present, and even patients with complete azoospermia who do not have completed sperm in the testis can get children if there are extended sperm cells, especially by intracytoplasmic sperm injection (ICSI). it can. Although microinsemination has been increasingly applied as the “currently the most desirable way to conceive”, problems have been discussed. First, the method using ART does not impose an economic burden on the patient. There are also concerns about artificially leaving behind genetic elements that would otherwise not be passed on to the next generation. There have been reports of cases where boys born after ICSI were also infertile (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).

(Y染色体微少欠失)
造精機能障害には染色体異常などの先天的なものと、環境要因や感染症などによる後天的なものがある。しかし、実際には臨床の場で造精機能障害の原因を判別することは困難であり、多くは原因不明の「突発性造精機能障害」と診断されるため、造精機能障害のどの程度が遺伝的要因または環境要因によるものかを正確に知るのは難しい。これまでにいくつかの推測値が出されており、Lilfordらは男性不妊の60%が遺伝的要因であり、その多くが常染色体上の変異であるとしているが、常染色体上の男性不妊因子の多くは明らかにされていない(例えば、非特許文献3参照)。
(Slight deletion of Y chromosome)
There are congenital dysfunctions such as chromosomal abnormalities and acquired ones due to environmental factors and infectious diseases. However, in practice, it is difficult to determine the cause of spermatogenic dysfunction in clinical settings, and many are diagnosed as “sudden spermatozoa dysfunction” of unknown cause. It is difficult to know exactly what is due to genetic or environmental factors. Several estimates have been made so far, and Lilford et al. Report that 60% of male infertility is a genetic factor, many of which are autosomal mutations. Many of these have not been clarified (see, for example, Non-Patent Document 3).

精子形成障害の遺伝的要因のうち最もよく知られ、研究が進められているのはY染色体の微小欠失で、男性不妊患者のおよそ5%に認められる。Y染色体上には現在までに4つの無精子症因子(azoospermia factor)領域AZFa,AZFb,AZFc,AZFdがマップされている。AZFaにはUSP9Y(ubiquitin-specific protease 9, Y chromosome),DBY(dead box on the Y),UTY(ubiquitous TPR motif on the Y),AZFaT1(AZFa transcript 1)の4つの遺伝子が知られている。AZFbにはRBMY(RNA binding motif on Y chromosome)遺伝子ファミリーと呼ばれるRNA結合モチーフを持つタンパク質をコードする遺伝子がヒトの場合20〜50個存在し、さらに多くの偽遺伝子が存在する。AZFcは、これもRNA結合モチーフを持つDAZ(deleted in azoospermia)遺伝子ファミリーに属する遺伝子を複数含んでいる。これらAZF領域にマップされる遺伝子については詳細な解析が進められているが、造精機能障害の責任遺伝子はまだ判っていない。領域中の複数の遺伝子が関与している可能性も示唆されている(例えば、非特許文献4、5参照)。   The most well-known and studied genetic factor for spermatogenic disorders is the microdeletion of the Y chromosome, which is found in approximately 5% of male infertile patients. To date, four azoospermia factor regions AZFa, AZFb, AZFc, and AZFd have been mapped on the Y chromosome. There are four known genes for AZFa: USP9Y (ubiquitin-specific protease 9, Y chromosome), DBY (dead box on the Y), UTY (ubiquitous TPR motif on the Y), and AZFaT1 (AZFa transcript 1). In AZFb, there are 20 to 50 genes encoding a protein having an RNA binding motif called RBMY (RNA binding motif on Y chromosome) gene family, and more pseudogenes exist. AZFc contains a plurality of genes belonging to the DAZ (deleted in azoospermia) gene family, which also has an RNA binding motif. Detailed analysis of the genes mapped to these AZF regions is ongoing, but the gene responsible for spermatogenic dysfunction is not yet known. It has also been suggested that a plurality of genes in the region may be involved (see, for example, Non-Patent Documents 4 and 5).

(男性不妊の環境要因・内分泌撹乱物質の影響)
後天的な男性不妊は生活環境からのストレスや細菌・ウィルスの感染症など様々な原因で起こり得るが、近年、環境中の内分泌撹乱物質への暴露による生殖機能の障害が注目されている。そもそもこの問題の発端は、1992年のSkakkebaek らによる、この50年間にヒトの精子数が半減しているという報告である(例えば、非特許文献6参照)。さらに1998年同グループによって、精巣腫瘍発生率の上昇傾向と精子数減少との相関が報告され(例えば、非特許文献7参照)、その中で、これらの現象は共に環境中のホルモン様作用を持つ物質、すなわち内分泌撹乱物質の影響であるという可能性が指摘された。Skakkebaek らの研究は過去の文献調査に基づくメタアナリシスによるものであり、その方法論と統計処理をめぐって議論がなされた。以降、様々な調査・研究がなされ、肯定・否定双方の意見が出されているが、本当にヒトの精子は減少しているのか、もしそうであるならばそれは内分泌撹乱物質の影響なのか、研究者間でも見解は一致していない。生殖の問題は人類の存続にも関わる問題であり、もし内分泌撹乱物質がヒトの精子数減少に寄与しているのであれば、その原因となりうる化合物の規制など、社会としての対策が必要であろう。その基盤となる客観的かつ科学的なリスク評価が求められている。
(Environmental factors of male infertility / effects of endocrine disruptors)
Acquired male infertility can be caused by various causes such as stress from the living environment and bacterial / viral infections. In recent years, reproductive impairment due to exposure to environmental endocrine disruptors has attracted attention. In the first place, the origin of this problem is a report by Skakkebaek et al. In 1992 that the number of human spermatozoa has been halved in the past 50 years (for example, see Non-Patent Document 6). Furthermore, in 1998, the same group reported a correlation between an increase in the incidence of testicular tumors and a decrease in the number of spermatozoa (for example, see Non-Patent Document 7), in which both these phenomena caused hormone-like effects in the environment. It was pointed out that it may be due to the influence of the substance possessed, that is, the endocrine disrupting substance. Skakkebaek et al.'S research was based on a meta-analysis based on past literature surveys, and discussions were made on its methodology and statistical processing. Since then, various investigations and researches have been conducted, and both positive and negative opinions have been given, but whether human sperm is really decreasing or, if so, whether it is the effect of endocrine disruptors There is no consensus among the parties. Reproductive problems are related to the survival of humankind, and if endocrine disrupting substances contribute to the reduction of human sperm count, social measures such as the regulation of compounds that can cause them are necessary. Let's go. There is a need for objective and scientific risk assessment as the foundation.

(雄性生殖器官)
雄性生殖器官である精巣(testis)は、精細管(seminiferous tubule)と呼ばれる体外に通じる管の集合体から成っている。その管の内壁は精上皮(seminiferous epithelium)と呼ばれる組織で、支持細胞であるセルトリ細胞(Sertoli cell)の細胞質に生殖細胞が包まれて存在している(図1参照)。生殖細胞は精細管の外側(基底部)から内側の管腔に向けて分化しつつ移動し、完成した精子が管腔(lumen)に放出される。精細管は精巣網(rete testis)で集合し、集合管である精巣上体を通過中に成熟する。そして交尾の際に前立腺液、精嚢液とともに射出される。精細管外の間質にはライディッヒ細胞(Leydig cell)という体細胞が存在し、アンドロジェンの産生など、ホルモンによる精巣機能の調節を担っている。
(Male reproductive organ)
The testis, the male reproductive organ, consists of a collection of tubes called the seminiferous tubule leading to the outside of the body. The inner wall of the tube is a tissue called seminiferous epithelium, and germ cells are present in the cytoplasm of Sertoli cells, which are supporting cells (see FIG. 1). Germ cells migrate from the outer side of the seminiferous tubule (basal part) toward the inner lumen, and the completed sperm is released into the lumen. The seminiferous tubules gather in the rete testis and mature while passing through the epididymis, the collecting duct. And it is ejected with prostatic fluid and seminal vesicle fluid at the time of mating. Somatic cells called Leydig cells exist in the stroma outside the seminiferous tubule, and are responsible for the regulation of testicular function by hormones such as androgen production.

(哺乳類の精子形成過程)
雄の胎子期に胚体外の卵黄嚢に由来した始原生殖細胞(Primordial Germ Cell:PGC)は、胎生12日目前後に生殖隆起(genital ridge)に入る。この過程は雌雄ほぼ同様である。雄のPGCが定住することによって、雄の生殖巣原基は初めて精巣への分化を開始し、形態的に卵巣と区別できるようになる。生殖隆起は皮質と髄質からなり、精巣へと分化する際には皮質に入り込んでいたPGCが髄質に移る。PGCは、生殖隆起にたどりついた後も増殖を続けるが、いったん細胞分裂の休止期に入る。その間に精細管が形成されPGCは中胚葉由来のセルトリ細胞とともに精細管内の細胞となる。この時期からPGCは精原細胞(spermatogonia:核型は2N)と呼ばれるようになる。性成熟が近付くと精原細胞は細胞分裂を再開し、減数分裂を開始する。そして性成熟とともに成熟精子が射出されるようになる。減数分裂の開始から成熟精子の完成までは数週間を要する。マウス、ラットなど性成熟の早い動物(5〜8w)では出生直後からこの過程が開始する。雌の卵形成と異なり、雄はほぼ一生のあいだ、生殖細胞の増殖と分化を続ける。この精原細胞の分裂から精子完成までの過程を精子形成(spermatogenesis)と呼ぶ。マウス精細管の構造を図1に示した。
(Mammalian spermatogenesis)
Primordial Germ Cell (PGC) derived from an extra-embryonic yolk sac in the male fetal stage enters a genital ridge around day 12 of embryonic life. This process is almost the same for males and females. The settlement of male PGCs allows the male gonad primordium to begin to differentiate into the testis for the first time and to be morphologically distinguishable from the ovary. The genital ridge consists of the cortex and medulla, and PGCs that have entered the cortex move to the medulla when differentiated into the testis. PGCs continue to proliferate after reaching the genital ridge, but once enter the resting phase of cell division. In the meantime, seminiferous tubules are formed, and PGCs become cells in the seminiferous tubules together with mesoderm-derived Sertoli cells. From this period, PGC is called spermatogonia (karyotype is 2N). As sexual maturity approaches, spermatogonia resume cell division and begin meiosis. And mature sperm comes to be ejected with sexual maturity. It takes several weeks from the start of meiosis to the completion of mature sperm. In animals (5 to 8 w) with early sexual maturity such as mice and rats, this process starts immediately after birth. Unlike female oogenesis, males continue to grow and differentiate for the rest of their lives. This process from the division of spermatogonia to the completion of sperm is called spermatogenesis. The structure of the mouse seminiferous tubule is shown in FIG.

精原細胞にはA型(type A)とB型(type B)の2種類がある。A型細胞は幹細胞として精細管の基底部(=最外層)にとどまる細胞である。A型細胞は分裂してA型細胞それ自身と、減数分裂を開始するB型細胞に分かれる。B型細胞は徐々に精細管腔方向(=内側)に移動しながらDNA合成を行ない、一次精母細胞(primary spermatocyte:4N)となる。一次精母細胞は卵母細胞と同様、第一減数分裂の前期(prophase)が長く、レプトテン(leptotene:細糸)、ザイゴテン(zygotene:接合糸)、パキテン(pachytene:厚糸)、ディプロテン(diplotene:複糸)、の各期に分けられる。第一減数分裂が終了すると、二次精母細胞(secondary spermatocyte:2N)となる。二次精母細胞はすみやかに第二減数分裂を開始し、減数分裂後半数体の精子細胞(spermatid:N)となる。配偶子形成においては、2N→4N→2N→Nという核型の変化を経て最終的に半数体(N)の配偶子が作られるが、卵形成の場合、減数分裂は不等分裂であり極体(polar body)放出というかたちで片方の細胞は捨てられるため、一個の卵祖細胞から一個の配偶子(卵)しか作られない。それに対して精子形成では一個の精原細胞から等価な4つの配偶子(精子)が作られる。   There are two types of spermatogonia, type A and type B. Type A cells are stem cells that remain in the basal part (= outermost layer) of the seminiferous tubule. Type A cells divide into type A cells themselves and type B cells that initiate meiosis. B-type cells gradually synthesize in the direction of the fine lumen (= inside) and synthesize DNA to become primary spermatocytes (4N). Primary spermatocytes, like oocytes, have a long prophase in the first meiosis, leptotene, zygotene, zygotene, pachytene, and diplotene. : Double yarn). When the first meiosis is completed, secondary spermatocytes (2N) are obtained. The secondary spermatocytes immediately begin the second meiosis and become spermatids (spermatid: N) in the latter half of meiosis. In gametogenesis, haploid (N) gametes are finally produced through karyotype changes of 2N → 4N → 2N → N, but in the case of oogenesis, meiosis is an unequal division and the polar Because one cell is discarded in the form of polar body release, only one gamete (egg) is made from one egg progenitor cell. On the other hand, in spermatogenesis, four equivalent gametes (sperm) are made from one spermatogonia.

減数分裂終了直後の精子細胞は円形精子細胞(round spermatid)と呼ばれる。減数分裂後の半数体精子細胞は未受精卵に直接注入することにより、正常に個体発生することができる。このことは、減数分裂直後の円形精子細胞はすでに個体発生に必要十分な遺伝情報を持っていることを示している。しかし、生体内では卵と受精するために精子細胞が機能的な精子に変化する必要がある。円形精子細胞から機能的な精子の完成までには著しい形態および生化学的変化が起こる。この段階を精子完成(spermiogenesis)と呼ぶ。この過程で起こることは、核の濃縮、運動機能の獲得、受精能の獲得(受精タンパク質、卵活性化物質)である。円形精子細胞の核が濃縮し、完成精子に至る途中の精子細胞は伸長精子細胞(elongated spermatid)と呼ばれる。   Sperm cells immediately after the end of meiosis are called round spermatids. Haploid sperm cells after meiosis can be normally ontogenized by direct injection into unfertilized eggs. This indicates that the round sperm cells immediately after meiosis already have sufficient genetic information necessary for ontogeny. However, in order to fertilize with an egg in a living body, it is necessary to change a sperm cell into a functional sperm. Significant morphological and biochemical changes occur from circular sperm cells to the completion of functional sperm. This stage is called spermiogenesis. What happens in this process is the enrichment of nuclei, the acquisition of motor function, the acquisition of fertility (fertilization protein, egg activator). The sperm cells in the middle of the round sperm cell nuclei and reaching the finished sperm are called elongated spermatids.

通常細胞核内のDNAはヒストンと結合して染色体を形成しているが、精子ではヒストンがプロタミンに置換され運動に好都合なコンパクトなかたちにまとめられている。核の凝縮によって精子はある程度の物理的および化学的変化に対する耐性を得る。一方で核の凝縮に伴って遺伝子の転写は困難になると考えられ、精子形態形成に関与する遺伝子のなかには翻訳調節を受けているものも存在する。例えば、核の凝縮前の精子細胞では過剰量のTATA結合タンパク質(TBP)が転写されているが、翻訳されている量は比較的少なく、翻訳調節機構の存在が示唆されている。次に精子が運動するための尾部(鞭毛)が形成される。これは精子細胞の中心子が伸長することでできる。鞭毛の頭部には中片(midpiece)と呼ばれるやや太い部分があり、ミトコンドリアがらせん状に巻き付いている。このミトコンドリアが精子の運動に必要なエネルギーを供給する。精巣内の精子にもある程度の尾部の運動が見られるが、前進性など精子本来の運動性を獲得するのは精巣上体においてである。精子頭部には先体(acrosome)と呼ばれる部分ができる。先体には加水分解酵素など受精に必要な様々なタンパク質が含まれている。また精子頭部には卵を活性化する因子が含まれている。完成した精子は精細管内に放出され、精巣上体での成熟を経て体外に放出される。   Normally, DNA in the cell nucleus combines with histones to form chromosomes, but in sperm, histones are replaced with protamine and are put together in a compact form that is convenient for movement. Nuclear condensation makes the sperm resistant to some physical and chemical changes. On the other hand, gene transcription is thought to be difficult as the nucleus condenses, and some genes involved in sperm morphogenesis are subject to translational regulation. For example, an excessive amount of TATA-binding protein (TBP) is transcribed in sperm cells before nuclear condensation, but the amount translated is relatively small, suggesting the existence of a translational regulatory mechanism. Next, a tail (flagella) is formed for sperm movement. This can be done by extending the sperm of the sperm cell. The flagellar head has a slightly thicker part called a midpiece, with mitochondria wound in a spiral. These mitochondria supply the energy necessary for sperm movement. Some motility of the tail is also seen in sperm in the testis, but it is in the epididymis that acquires the motility inherent in sperm, such as advancement. The sperm head has a part called acrosome. The acrosome contains various proteins necessary for fertilization such as hydrolase. The sperm head also contains a factor that activates the egg. The completed sperm is released into the seminiferous tubule and released outside the body through maturation in the epididymis.

精子形成過程は非常に厳密に制御されており、効率良く大量の精子を作り出している。その制御には精巣内環境が重要であり、特に精細胞とセルトリ細胞の相互作用が不可欠である。セルトリ細胞は精細管の基底部から管腔方向に向かって伸びる柱状の体細胞である。核は不整形で内部に大きな核小体を持つ。セルトリ細胞は構造的に精細胞を支持しているだけではなく、種々のタンパク質(ホルモン)を分泌することで精子形成の一連の過程を制御しているため、セルトリ細胞の異常は精子形成異常につながる。セルトリ細胞と生殖細胞の接着は生殖細胞の分化に重要な役割を果たしていると考えられているが、その詳細はあまり分かっていない。精細管基底部にあるセルトリ細胞−セルトリ細胞結合(タイトジャンクション)は血液精巣関門(Blood Testis Barrier;BTB)と呼ばれ、体循環と生殖細胞を隔離している。哺乳類では出生後に精子形成が開始するため、精子特異的タンパク質に対しては胎児期から出生直後に獲得する自己免疫寛容が機能しない。そのため血液中に抗精子抗体が存在する場合があり、血液循環と精巣内環境を隔離する必要があると考えられている。   The spermatogenesis process is very tightly controlled, producing large quantities of sperm efficiently. The testicular environment is important for the control, and in particular, the interaction between sperm cells and Sertoli cells is essential. Sertoli cells are columnar somatic cells that extend from the base of the seminiferous tubule toward the lumen. The nucleus is irregular and has a large nucleolus inside. Sertoli cells not only structurally support sperm cells, but also secrete various proteins (hormones) to control a series of spermatogenesis processes. Connected. Sertoli-germ cell adhesion is thought to play an important role in germ cell differentiation, but the details are not well understood. The Sertoli cell-Sertoli cell junction (tight junction) at the base of the seminiferous tubule is called the blood testis barrier (BTB), and isolates the systemic circulation from the germ cells. In mammals, since spermatogenesis begins after birth, autoimmune tolerance acquired immediately after birth from the fetal stage does not function for sperm-specific proteins. Therefore, anti-sperm antibodies may be present in the blood, and it is considered necessary to isolate the blood circulation and the testicular environment.

(内分泌系による精巣機能の調節)
哺乳類の生殖機能は内分泌系の制御下にある。内分泌調整系の最上位にある視床下部から分泌される性腺刺激ホルモン放出ホルモン(gonadotropin releasing hormone;GnRH)に反応して、下垂体前葉から性腺刺激ホルモン(gonadotropin)が分泌される。性腺(精巣・卵巣)における生殖細胞の分化は、性腺刺激ホルモンによる調節を受ける(図2参照)。下垂体前葉から分泌される性腺刺激ホルモンにはFSH(follicle stimulatinghormone)とLH(luteinizing hormone)がある。これらのホルモンは糖タンパク質の2つのサブユニットから構成されている。精巣機能はFSHおよびLHによる調節を受けている。胎生期および新生仔期のセルトリ細胞の分裂はFSHで促進され、FSHにより、精子形成の各段階をサポートする、セルトリ細胞の様々な機能が促進される。セルトリ細胞に対するFSHのアンドロジェン結合タンパク質(androgen binding protein;ABP)の産生促進効果は重要で、間質のライディッヒ細胞(Leydig cell)で産生されるアンドロジェン(テストステロン,Testosterone)が機能する為に必要である。LHの精巣機能に対する主な作用は、ライディッヒ細胞のアンドロジェン生成促進作用である。精巣内のアンドロジェン濃度は血中よりも高く、この高濃度が精子形成には必須である。アンドロジェン受容体は生殖細胞にはなく、セルトリ細胞に存在することから、アンドロジェンは直接生殖細胞に働くのではなく、セルトリ細胞を介して作用していると考えられている。
(Regulation of testicular function by endocrine system)
Mammalian reproductive functions are under the control of the endocrine system. In response to gonadotropin releasing hormone (GnRH) secreted from the hypothalamus at the top of the endocrine regulating system, gonadotropin is secreted from the anterior pituitary gland. Germ cell differentiation in the gonads (testis / ovary) is regulated by gonadotropins (see FIG. 2). The gonadal stimulating hormones secreted from the anterior pituitary include FSH (follicle stimulating hormone) and LH (luteinizing hormone). These hormones are composed of two subunits of glycoproteins. Testicular function is regulated by FSH and LH. Embryonic and neonatal Sertoli cell division is promoted with FSH, which promotes various Sertoli cell functions that support each stage of spermatogenesis. The effect of promoting the production of androgen binding protein (ABP) by FSH on Sertoli cells is important, and it is necessary for the function of androgen (Testosterone) produced by interstitial Leydig cells. It is. The main effect of LH on testicular function is the androgen production promoting action of Leydig cells. The androgen concentration in the testis is higher than in the blood, and this high concentration is essential for spermatogenesis. Since the androgen receptor is not present in germ cells but is present in Sertoli cells, androgen is thought to act via Sertoli cells, not directly to germ cells.

(セルトリ−精子細胞特殊接合装置)
セルトリ細胞は全ての分化段階の精子形成細胞と接しており、精子形成をサポートしている。セルトリ細胞質中の伸長精子細胞と接している部分にはセルトリ−精子細胞特殊接合装置(Sertoli-spermatid ectoplasmic specialization,ES)と呼ばれる特殊な構造が見られる。ES構造を図3に示した。ES構造はSertoli cell plasma membrane, actin filament layer, endoplasmic reticulum の三層から成り、セルトリ細胞膜の内側にアクチン繊維が層を成す構造をしている。ES構造の機能には未だ不明な部分が多いが、アクチン繊維を破壊する薬剤であるサイトカラシンD(Cytochalasin D)処理によって、ESのアクチン層が障害を受け、精子細胞とセルトリ細胞の乖離が起こること(例えば、非特許文献8参照)、また beta-estradiol 3-benzoate (E2B) 等のエストロジェン作用を持つ化合物を投与することによってもESアクチン層が障害を受け、精子細胞の奇形と精上皮からのはく離(exfoliation)が起こること(例えば、非特許文献9参照)など、精巣毒性の研究からES構造の障害例が報告されており、これらから、ESは精子細胞の形態形成を補助し、適切な時期の放出(spermiation)までセルトリ細胞と精子細胞の結合を保持する為に必要であると考えられている(例えば、非特許文献10参照)。
(Sertoli-sperm cell special junction device)
Sertoli cells are in contact with spermatogenic cells at all stages of differentiation and support spermatogenesis. A special structure called a Sertoli-spermatid ectoplasmic specialization (ES) is found in the part of the Sertoli cytoplasm that contacts the extended sperm cell. The ES structure is shown in FIG. The ES structure is composed of three layers, a Sertoli cell plasma membrane, an actin filament layer, and an endoplasmic reticulum, and has a structure in which actin fibers form a layer inside the Sertoli cell membrane. Although there are still many unclear parts in the function of the ES structure, the actin layer of ES is damaged by the treatment of cytochalasin D (Cytochalasin D), a drug that destroys actin fibers, resulting in detachment of sperm cells and Sertoli cells (For example, see Non-Patent Document 8) and administration of a compound having an estrogenic action such as beta-estradiol 3-benzoate (E2B) also damages the ES actin layer, causing sperm cell malformation and sperm epithelium. Examples of testicular toxicity have been reported from studies on testicular toxicity, such as exfoliation occurring (see, for example, Non-Patent Document 9). From these, ES assists morphogenesis of sperm cells, and It is considered necessary for maintaining the binding between Sertoli cells and sperm cells until spermiation at a certain time (see, for example, Non-Patent Document 10).

(精子形成サイクル)
成熟精巣の精細管では、一定の分化段階にある生殖細胞の組み合わせ(ステージ,ステップ)が連続的かつ周期的に並んでいる(図4参照)。マウスの場合、ステージはIからXIIまでの12段階に分けられている。仮にある場所で精細管を輪切りにしたとすると、あるステージの断面が見え、同じ精細管を別の場所で切るとまた別のステージが見られる。あるステージの精細管には決まった分化段階の生殖細胞の組み合わせが見られる。ステップ(Step)とは減数分裂後の精子細胞の分化段階を表す数字で、マウスの場合1〜16までの16段階に分けられている。ステップ1〜8の精子細胞は円形をしており、円形精子細胞(round spermatid)と呼ばれる。ステップ8以降の精子細胞は伸長精子細胞(elongated spermatid)と呼ばれ、核の形態変化や尾部の形成を経て完成精子となっていく。例えばステージVIの精細管には、精細管の最も外側にB型精祖細胞(Type-B spermatogonia)、その内側にパキテン期の精母細胞(spermatocyte)、その内側にステップ6円形精子細胞(Step6 round spermatid)、さらにステップ15伸長精子細胞(Step 15 elongated spermatid)が見られる。
(Spermatogenesis cycle)
In the seminiferous tubule of the mature testis, combinations of germ cells (stage, step) in a certain differentiation stage are arranged continuously and periodically (see FIG. 4). In the case of a mouse, the stage is divided into 12 stages from I to XII. If the precision tube is cut in a certain place, a section of one stage can be seen, and another stage can be seen if the same precision tube is cut in another place. In certain stages of seminiferous tubules, a combination of germ cells of a certain differentiation stage can be seen. Step is a number representing the differentiation stage of sperm cells after meiosis, and is divided into 16 stages from 1 to 16 in the case of mice. The sperm cells of steps 1-8 are round and are called round spermatids. The sperm cells after step 8 are called extended spermatids, and become complete sperm through changes in the shape of the nucleus and formation of the tail. For example, in the stage VI seminiferous tubule, the type-B spermatogonia is located on the outermost side of the seminiferous tubule, the spermatocyte in the pakiten phase is located on the inside, and the step 6 round sperm cell (Step 6) on the inside. round spermatid), and Step 15 elongated spermatids are observed.

おおまかな精細管のステージ判別は、精子細胞の様子を観察することでできる。管腔に放出される直前のステップ16精子細胞は、精上皮のもっとも管腔側(精上皮の外)に位置している。従って管腔に面して精子細胞が並んでいる像から、その精細管がステージVII〜VIIIであると判別できる。ステップ15精子細胞は、頭部形態はほぼ完成しているが、頭部を精上皮中に突っ込んでいる。従って、濃縮した精子頭部(核染色により容易に判別できる)が精上皮中にある像からステージI〜VIを判別できる。ステージIX〜XII精細管は伸長精子細胞の核の濃縮が完全ではないことと円形精子細胞が存在しないことから判別できる。特に精子放出直後のステージIX精細管にはステップ9精子細胞があるが、ステップ9精子細胞は核の濃縮が完全ではなく、核染色がそれ以降のステップより薄いことから判別できる。より詳しい判別(特にステージI〜VI)は、円形精子細胞に生じるアクロソームをPAS染色などで観察することで行なうことができる。   Rough tubule stage discrimination can be performed by observing the state of sperm cells. Step 16 sperm cells immediately before being released into the lumen are located on the most luminal side of the seminiferous epithelium (outside the seminiferous epithelium). Therefore, it can be determined from the image in which sperm cells are lined up facing the lumen that the seminiferous tubules are stages VII to VIII. Step 15 The sperm cells are almost complete in head form, but the head is thrust into the seminiferous epithelium. Therefore, stages I to VI can be discriminated from an image in which the concentrated sperm head (which can be easily discriminated by nuclear staining) is in the sperm epithelium. Stages IX to XII can be distinguished from the lack of complete sperm cell enrichment and the absence of circular sperm cells. In particular, stage IX tubules immediately after sperm release have step 9 sperm cells, but step 9 sperm cells can be distinguished from the fact that the concentration of nuclei is not complete and nuclear staining is thinner than the subsequent steps. More detailed discrimination (particularly stages I to VI) can be performed by observing acrosomes generated in circular sperm cells by PAS staining or the like.

(雄性不妊マウス)
これまで述べてきたように、哺乳類の精子形成は体細胞と生殖細胞の相互作用を必要とし、またホルモンや細胞増殖因子など様々な因子によって制御される高次の生命現象である。精子形成に必要な多くの因子を体外で再現することは難しく、試験管内(インビトロ)での精子形成は現在までに成功していない。従って、精子形成の研究は個体レベルでのインビボ解析が中心である。なかでも精子形成に関与する遺伝子のノックアウトマウスは精子形成機構の解明に大きく貢献している。これまで精子形成の各段階に異常をきたす種々のノックアウトマウスが報告されている。例えば、減数分裂後の精子細胞に発現している遺伝子の例として、転写因子CREM(cyclic AMP-responsive element modulator)が挙げられる。CREMノックアウトマウスは精子細胞の分化停止とアポトーシスを起こし、不妊となる。このことからCREMは精子細胞での多くの遺伝子発現を制御していると考えられる(例えば、非特許文献11、12参照)。また精子でヒストンに代わってDNAと結合しているプロタミン(Prm-1, -2)のノックアウトマウスは精子数の減少、精子の奇形、精子の化学耐性低下といった症状を示し、不妊となる。プロタミンノックアウトマウスは変異を片アリルに持っていれば症状が出ることが大きな特徴である(例えば、非特許文献13参照)。これらの他にも近年多くのノックアウトマウスが報告され、精子形成機構の解明に貢献している。
(Male infertile mouse)
As described above, spermatogenesis in mammals is a higher-order biological phenomenon that requires interaction between somatic cells and germ cells and is controlled by various factors such as hormones and cell growth factors. Many factors required for spermatogenesis are difficult to reproduce in vitro, and spermatogenesis in vitro (in vitro) has not been successful to date. Therefore, research on spermatogenesis is centered on in vivo analysis at the individual level. Among them, knockout mice for genes involved in spermatogenesis have greatly contributed to the elucidation of the mechanism of spermatogenesis. So far, various knockout mice that have abnormalities in each stage of spermatogenesis have been reported. For example, a transcription factor CREM (cyclic AMP-responsive element modulator) is an example of a gene that is expressed in sperm cells after meiosis. CREM knockout mice undergo sperm differentiation arrest and apoptosis, resulting in infertility. From this, it is thought that CREM controls many gene expression in a sperm cell (for example, refer nonpatent literatures 11 and 12). Protamine (Prm-1, -2) knockout mice that bind to DNA in place of histones in sperm show symptoms such as decreased sperm count, sperm malformation, and decreased sperm chemical resistance. A protamine knockout mouse is characterized by symptoms when it has a mutation in one allele (see, for example, Non-Patent Document 13). In addition to these, many knockout mice have been reported in recent years, contributing to the elucidation of the mechanism of spermatogenesis.

CREMやプロタミンような生殖細胞で発現している遺伝子が重要であることはもちろんであるが、セルトリ細胞などの体細胞で機能している遺伝子も精子形成にとって同様に重要である。細胞接着分子であるネクチン(nectin)−2ノックアウトマウスでは減数分裂後、伸長精子細胞頭部の奇形や精子の運動性低下を示す。ネクチン−2はセルトリ細胞で発現し、生殖細胞では発現していないことから、精子細胞とセルトリ細胞の接着に関与するセルトリ細胞側の因子であると考えられる(例えば、非特許文献14、15参照)。効率的な精子形成にセルトリ細胞が果たす役割は大きく、この他にも多くの生殖細胞−セルトリ細胞間相互作用に関わる分子があると考えられる。上記のようなノックアウトマウス以外に、突然変異による不妊マウスも報告されており、解析が行なわれているが、ノックアウトマウスの解析に比べ、突然変異マウスの解析は遅れている。   Of course, genes expressed in germ cells such as CREM and protamine are important, but genes functioning in somatic cells such as Sertoli cells are equally important for spermatogenesis. The nectin-2 knockout mouse, which is a cell adhesion molecule, shows malformation of the elongated sperm cell head and decreased sperm motility after meiosis. Since Nectin-2 is expressed in Sertoli cells and not in germ cells, it is considered to be a Sertoli cell-side factor involved in adhesion between sperm cells and Sertoli cells (see, for example, Non-Patent Documents 14 and 15). ). Sertoli cells play a major role in efficient spermatogenesis, and it is thought that there are many other molecules involved in germ cell-Sertoli cell interactions. In addition to the knockout mice as described above, infertile mice due to mutations have been reported and analyzed, but the analysis of mutant mice is delayed compared to the analysis of knockout mice.

(遺伝子先行型アプローチと表現型先行型アプローチ)
一般的に遺伝子の機能解析にはノックアウトマウス・トランスジェニックマウスのような遺伝子先行型のアプローチ(gene-driven approach)と、表現型を指標にして変異体を単離し原因を探る表現型先行型のアプローチ(phenotype-driven approach)がある。前者は逆遺伝学(reverse genetics)、後者は“順方向”遺伝学(”forward” genetics)とも呼ばれる。両者は互いに相補的であり、同時に進められることが望ましい。しかし、生殖の分野では変異体の維持・継代が難しく、また遺伝学的な解析が困難であるため、これまで表現型先行型のアプローチが遅れていた。特に優性の不妊突然変異マウスに関しては、これまで原因遺伝子が決定された例はない。しかし、生殖工学が発達し、例え不妊のマウスからであっても子孫が得られるようになったことや、マウスの全ゲノム配列が決定され、変異部位の同定が比較的容易に行えるようになったことで、表現型先行型のアプローチが可能になってきた。実際に生殖細胞をターゲットにしたマウス変異体作製プロジェクトも始まっている(例えば、非特許文献16参照)。今後生殖に関する変異体の解析が進み、より多くの知見がもたらされることが期待されている。
(Genetic and phenotypic approaches)
In general, gene function analysis involves gene-driven approaches, such as knockout mice and transgenic mice, and phenotype-preceding methods that isolate mutants using phenotypes as indicators to find the cause. There is a phenotype-driven approach. The former is also called reverse genetics, and the latter is also called “forward” genetics. Both are complementary to each other and should be advanced simultaneously. However, in the field of reproduction, it has been difficult to maintain and pass mutants, and genetic analysis is difficult, so far the phenotype-first approach has been delayed. In particular, there is no example in which a causative gene has been determined so far for dominant infertile mutant mice. However, the development of reproductive engineering has made it possible to obtain offspring even from infertile mice, and the entire genome sequence of mice has been determined, making it easier to identify mutation sites. This has enabled a phenotypic approach. A mouse mutant production project that actually targets germ cells has also begun (see, for example, Non-Patent Document 16). It is expected that the analysis of mutants related to reproduction will progress in the future, and more knowledge will be brought about.

(コートアクチン)
コートアクチンは分子量80〜85kDのアクチン結合タンパク質である。HS1リピートと呼ばれるおよそ36アミノ酸の繰り返し配列を含んでおり、C末端にSH3ドメインを持つ。HS1リピートの数によって少なくとも3種類のスプライスバリアント(コートアクチン−A:6回,−B:5回,−C:4回)が報告されている(図10参照)。さらに繰り返し回数の少ないタイプ(3,2回)も発現量は少ないながら存在するらしい。コートアクチンと種々のタンパク質との相互作用が報告されており、N末端を介してArp2/3コンプレックス,N−WASPと、HS1リピートを介してF−アクチンと結合することが知られている。さらにC末端のSH3ドメインを介してZO−1,Shank3などの構造タンパク質と結合することが報告されている。タンパク質中のいくつかのSer,ThrおよびTyr残基がリン酸化を受けることが知られている。これらのことからコートアクチンは細胞内からのリン酸化シグナルを受け取って、アクチン細胞骨格の制御を行なうタンパク質であると考えられている。コートアクチンはヒト乳がんの15%で遺伝子増幅による発現の増加が見られ、乳がん発症への関与などが報告されているものの、コートアクチンのノックアウトマウスは現在まで報告されておらず、生体内での機能は不明な部分が多いが、Post-Synaptic Density(PSD)やTightJunctionへの局在から、細胞の接着や形態変化に関与している可能性が高い(例えば、非特許文献17〜20参照)。
(Coat actin)
Coat actin is an actin-binding protein having a molecular weight of 80 to 85 kD. It contains a repetitive sequence of approximately 36 amino acids called HS1 repeat and has an SH3 domain at the C-terminus. Depending on the number of HS1 repeats, at least three types of splice variants (coat actin-A: 6 times, -B: 5 times, -C: 4 times) have been reported (see FIG. 10). Furthermore, it seems that types with a small number of repetitions (3 and 2) exist with a small amount of expression. The interaction between coat actin and various proteins has been reported, and it is known to bind to Arp2 / 3 complex, N-WASP via N-terminus and F-actin via HS1 repeat. Furthermore, it has been reported to bind to structural proteins such as ZO-1 and Shank3 via the C-terminal SH3 domain. It is known that several Ser, Thr and Tyr residues in proteins are phosphorylated. For these reasons, coat actin is considered to be a protein that receives a phosphorylation signal from the cell and controls the actin cytoskeleton. Coat actin has increased expression due to gene amplification in 15% of human breast cancers and has been reported to be involved in the development of breast cancer. However, no coat actin knockout mice have been reported to date. Although many functions are unknown, there is a high possibility of being involved in cell adhesion and morphological change due to localization to Post-Synaptic Density (PSD) and Tight Junction (see, for example, Non-Patent Documents 17 to 20). .

Kubo H. Sanka to Fujinka (Japanese) 2003; 6: 703-709Kubo H. Sanka to Fujinka (Japanese) 2003; 6: 703-709 Matsumiya K. Sanka to Fujinka (Japanese) 2003; 6: 751-756Matsumiya K. Sanka to Fujinka (Japanese) 2003; 6: 751-756 Lilford R, Jones AM, Bishop DT, Thornton J, Mueller R. Case-control study of whether subfertility in men is familial. Bmj 1994; 309: 570-573Lilford R, Jones AM, Bishop DT, Thornton J, Mueller R. Case-control study of whether subfertility in men is familial.Bmj 1994; 309: 570-573 Buch B, Galan JJ, Lara M, Ruiz R, Segura C, Real LM, Martinez-Moya M, Ruiz A. Scanning of Y-chromosome azoospermia factors loci using real-time polymerase chain reaction and melting curve analysis. Fertil Steril 2003; 80: 907-913.Buch B, Galan JJ, Lara M, Ruiz R, Segura C, Real LM, Martinez-Moya M, Ruiz A. Scanning of Y-chromosome azoospermia factors loci using real-time polymerase chain reaction and melting curve analysis.Fertil Steril 2003; 80: 907-913. Foresta C, Moro E, Ferlin A. 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Mol Cell Biol 2000; 20: 2865-2873 Mueller S, Rosenquist TA, Takai Y, Bronson RA, Wimmer E. Loss of nectin-2 at sertoli-spermatid junctions leads to male infertility and correlates with severe spermatozoan head and midpiece malformation, impaired binding to the zona pellucida, and oocyte penetration. Biol Reprod 2003; 69: 1330-13Mueller S, Rosenquist TA, Takai Y, Bronson RA, Wimmer E. Loss of nectin-2 at sertoli-spermatid junctions leads to male infertility and correlates with severe spermatozoan head and midpiece malformation, impaired binding to the zona pellucida, and oocyte penetration. Biol Reprod 2003; 69: 1330-13 Ward JO, Reinholdt LG, Hartford SA, Wilson LA, Munroe RJ, Schimenti KJ, Libby BJ, O'Brien M, Pendola JK, Eppig J, Schimenti JC. Toward thegenetics of mammalian reproduction: induction and mapping of gametogenesis mutants in mice. 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近年ヒトの不妊治療に対する需要は大きくなりつつあり、その基盤となる生殖生物学の進歩が望まれるが、生殖細胞形成の分子機構は未だ十分に理解されているとは言い難い。これは生殖細胞形成に関する変異体の解析が十分ではないことがひとつの要因となっている。特に、男性不妊のモデル動物を作製した場合、子孫を作製することが出来ないため、多くの変異マウスが報告されているにも関わらず、原因遺伝子の同定まで至った例はない。本発明の課題は、これまで技術的に維持・継代が困難であった優性精子形態形成不全が引き起こされ男性不妊症を再現できるモデル動物や、かかる男性不妊症モデル動物の維持・継代方法や、かかる男性不妊モデル動物を用いた男性不妊症の予防・治療剤のスクリーニング方法や、男性不妊症の原因物質のスクリーニング方法や、男性不妊症の診断方法などを提供することにある。   In recent years, the demand for human infertility treatment has been increasing, and progress in reproductive biology as the foundation is desired. However, the molecular mechanism of germ cell formation is still not fully understood. This is partly due to insufficient analysis of mutants related to germ cell formation. In particular, when a male infertility model animal is produced, no offspring can be produced. Therefore, despite the fact that many mutant mice have been reported, there has been no example of identifying the causative gene. An object of the present invention is to provide a model animal capable of reproducing male infertility caused by dominant sperm dysplasia that has been technically difficult to maintain and pass until now, and a method for maintaining and passaging such a male infertility model animal. Another object is to provide a screening method for a prophylactic / therapeutic agent for male infertility using such a male infertility model animal, a screening method for a causative substance of male infertility, a diagnostic method for male infertility, and the like.

本発明者らは、インプリンティング遺伝子PEG8/IGF2ASの機能を調べる目的でトランスジェニックマウス作製した。トランスジェニックマウスが作製される過程では、受精卵に注入された外来のDNAがゲノム上のランダムな場所に挿入されるが、その結果、挿入部位の遺伝子破壊が生じることがある。これを挿入変異(insertional mutation)と呼ぶ。一般的に、トランスジェニックマウスの数%に挿入変異による不妊マウスが生じると言われている。導入配列が本来のマウスゲノムには存在しない配列であった場合、その配列をタグとして変異部位を同定できる。近年マウスの全ゲノム配列が解読され、さらに一塩基多型(Single Nucleotide Polymorphisms:SNPs)の情報が利用できるようになった結果、これまでよりも比較的簡便にゲノム上の変異部位を調べることが可能になった。また挿入変異には、しばしば染色体の転座や欠失など大規模なゲノムの異常が伴うが、これもゲノム情報の利用によって比較的容易に解析することができるようになった。   The present inventors created a transgenic mouse for the purpose of examining the function of the imprinting gene PEG8 / IGF2AS. In the process of producing a transgenic mouse, foreign DNA injected into a fertilized egg is inserted at a random location on the genome. As a result, gene disruption at the insertion site may occur. This is called an insertional mutation. Generally, it is said that infertile mice due to insertion mutations occur in several percent of transgenic mice. When the introduced sequence is a sequence that does not exist in the original mouse genome, the mutation site can be identified using the sequence as a tag. In recent years, the entire genome sequence of mice has been decoded, and information on single nucleotide polymorphisms (SNPs) has become available. As a result, it is possible to examine mutation sites on the genome more easily than before. It became possible. In addition, insertion mutations often involve large-scale genomic abnormalities such as chromosomal translocations and deletions, which can now be analyzed relatively easily by using genomic information.

インプリンティング遺伝子PEG8/IGF2ASトランスジェニックマウスの一系統に発生した、精子形態形成不全を示す挿入突然変異マウスを見い出した。哺乳類の精子形成機構解明の為にこのような突然変異マウスは貴重であると考え、挿入変異体である系統の解析を進めた。通常交配ではこの雄から産仔を得ることができず、系統を維持することができないため、体外受精(IVF:in vitro fertilization)を行なうことを考えたが、精巣上体に精子がほとんどなくIVFは不可能であった。そこで精巣から採取した精子細胞を未受精卵に注入するICSI(intracytoplasmic sperm injection;顕微授精)を行なったところ、これによって産仔を得ることができ、変異を継代し、このモデルマウスを維持することに成功した。また、変異マウスがもつ遺伝子領域の欠損をSNPsデーターベースを活用することにより解析した。この結果、これまで技術的に維持・継代が困難であった優性精子形成不全マウスの解析に成功し、染色体の片側でコートアクチン遺伝子が欠損したマウスでは、コートアクチンタンパク質の発現量が半分に低下することにより、精子形態形成不全が引き起こされるという男性不妊症が再現できた。また、この遺伝子は小脳でも発現し、このモデルマウスは歩行異常などの行動異常もみられることから、行動制御研究に関するモデルマウスとしても、重要であることがわかった。   We have found an insertion mutant mouse showing sperm morphogenesis in a line of imprinting gene PEG8 / IGF2AS transgenic mice. In order to elucidate the mechanism of spermatogenesis in mammals, we considered that such mutant mice were valuable, and proceeded with the analysis of strains that were insertion mutants. In normal mating, it is not possible to obtain offspring from this male and the strain cannot be maintained. Therefore, in vitro fertilization (IVF) was considered, but there was almost no sperm in the epididymis and IVF. Was impossible. Therefore, when ICSI (intracytoplasmic sperm injection) was performed, in which sperm cells collected from the testis were injected into unfertilized eggs, a litter could be obtained, and the mutation was passaged to maintain this model mouse. Succeeded. Moreover, the gene region deletion of the mutant mice was analyzed by utilizing the SNPs database. As a result, we succeeded in analyzing dominant spermatogenesis-deficient mice that were technically difficult to maintain and pass until now, and in mice lacking the coat actin gene on one side of the chromosome, the expression level of coat actin protein was halved. It was possible to reproduce male infertility that caused sperm dysplasia due to the decrease. This gene was also expressed in the cerebellum, and this model mouse also showed abnormal behavior such as abnormal gait, indicating that it is important as a model mouse for behavioral control research.

以上のように、本発明者らはPEG8トランスジェニックマウスの一系統に優性の挿入変異Dspd(Dominant spermiogenesis defect)を見い出し、以下のことを明らかにした。
(1)セルトリ細胞中の特殊接合装置(ES)に含まれるアクチン繊維層に異常が生じており、伸長精子細胞の形態異常および精上皮からの剥離が起こっていた。
(2)7番染色体と14番染色体の間に転座が生じていた。7番染色体テロメア近傍に約1Mbのゲノムの欠失があり、そこにマップされるコートアクチンの発現量が低下していた。
(3)正常マウス精巣においてコートアクチンは伸長精子細胞周辺に局在しており、Dspdマウスにおいて精子細胞の異常が起こる時期とよく一致していた。Dspdマウス精巣ではコートアクチンタンパク質およびアクチンの局在が乱れていた。
As described above, the present inventors found a dominant insertion mutation Dspd (Dominant spermiogenesis defect) in one strain of PEG8 transgenic mice, and revealed the following.
(1) An abnormality has occurred in the actin fiber layer contained in the special junction device (ES) in Sertoli cells, and abnormal morphologies of the elongated sperm cells and detachment from the seminiferous epithelium have occurred.
(2) A translocation occurred between chromosome 7 and chromosome 14. There was a deletion of about 1 Mb genome in the vicinity of chromosome 7 telomere, and the expression level of coat actin mapped there was decreased.
(3) Coat actin was localized around the elongated sperm cells in normal mouse testis, and coincided well with the time when sperm cell abnormalities occurred in Dspd mice. In the Dspd mouse testis, the localization of coat actin protein and actin was disturbed.

これらの結果から、Dspdマウスにおいては、コートアクチンの片アリル欠失と発現量の減少が、セルトリ細胞のアクチン繊維(特にES構造のアクチン層)の制御異常につながり、結果として精子細胞の形態異常と精上皮からの精子細胞の剥離が起こっているという可能性が示された(図15参照)。このような知見に基づいて、本発明は完成するに至ったものである。   From these results, in Dspd mice, deletion of a coat allin allele and a decrease in the expression level lead to abnormal control of Sertoli cell actin fibers (especially the actin layer of the ES structure), resulting in abnormal sperm cell morphology. The possibility of detachment of sperm cells from the seminiferous epithelium was shown (see FIG. 15). Based on such knowledge, the present invention has been completed.

すなわち本発明は、(1)コートアクチンをコードする非ヒト動物の内在性遺伝子の全部又は一部が破壊・欠損・置換等の遺伝子変異により不活性化され、コートアクチンを発現する機能が低下した、あるいは失なった非ヒト動物からなることを特徴とする男性不妊症モデル動物や、(2)遺伝子変異を片アリルに有することを特徴とする上記(1)記載の男性不妊症モデル動物や、(3)歩行異常などの行動異常を示すことを特徴とする上記(1)又は(2)記載の男性不妊症モデル動物に関する。     That is, the present invention is (1) all or part of the endogenous gene of non-human animal encoding coat actin is inactivated by gene mutation such as destruction, deletion or substitution, and the function of expressing coat actin is reduced. Or a male infertility model animal characterized by comprising a lost non-human animal, or (2) the male infertility model animal according to (1) above, wherein the male allergy has a gene mutation in one allele, (3) The present invention relates to a male infertility model animal as described in (1) or (2) above, which exhibits behavioral abnormalities such as gait abnormalities.

また本発明は、(4)非ヒト動物がマウスであることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれか記載の男性不妊症モデル動物や、(5)マウス精細胞(独立行政法人 理化学研究所バイオリソースセンター寄託番号01136)を用いて作製されたことを特徴とする上記(4)記載の男性不妊症モデル動物や、(6)コートアクチンをコードする非ヒト動物の内在性遺伝子の全部又は一部が破壊・欠損・置換等の遺伝子変異により不活性化され、コートアクチンを発現する機能が低下した、あるいは失なった非ヒト動物から採取した精子細胞を野生型未受精卵に注入して培養後の4〜8細胞胚を、偽妊娠させた非ヒト動物の卵管に移植し、産仔を得ることを特徴とする男性不妊症モデル動物の維持・継代方法に関する。   The present invention also provides (4) a male infertility model animal according to any one of (1) to (3) above, wherein the non-human animal is a mouse, and (5) a mouse sperm cell (independent administrative agency) All of the endogenous genes of the male infertility model animal according to (4) above and (6) a non-human animal encoding coat actin, which is produced using RIKEN BioResource Center deposit number 01136) Alternatively, sperm cells collected from non-human animals that have been partially inactivated by mutations, deletions, substitutions, or other genetic mutations and that have lost or lost the ability to express coat actin are injected into wild-type unfertilized eggs. The present invention relates to a method for maintaining and substituting a male infertility model animal, wherein the cultured 4-8 cell embryo is transplanted into a fallopian tube of a non-human animal pseudopregnant to obtain a litter.

また本発明は、(7)非ヒト動物がマウスであることを特徴とする上記(6)記載の男性不妊症モデル動物の維持・継代方法や、(8)精子細胞がマウス精細胞(独立行政法人 理化学研究所バイオリソースセンターに寄託番号01136)であることを特徴とする上記(7)記載の男性不妊症モデル動物の維持・継代方法や、(9)上記(1)〜(5)のいずれか記載の男性不妊症モデル動物に、被検物質を投与し、造精機能障害の症状改善の程度を測定・評価することを特徴とする男性不妊症の予防・治療剤のスクリーニング方法に関する。   The present invention also relates to (7) the method for maintaining and substituting male infertility model animals described in (6) above, wherein the non-human animal is a mouse, and (8) mouse sperm cells (independently (9) The method for maintaining and substituting male infertility model animals according to (7) above, characterized in that it is deposited at the Institute of Physical and Chemical Research Bioresource Center (01136), or (9) above (1) to (5) The present invention relates to a screening method for a prophylactic / therapeutic agent for male infertility, characterized by administering a test substance to any male infertility model animal and measuring and evaluating the degree of improvement in symptoms of spermatogenic dysfunction.

また本発明は、(10)以下の(A)〜(F)の何れかの塩基配列からなる、その発現機能低下又は発現機能喪失が男性不妊症の原因となるタンパク質をコードするDNAに関する。
(A)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする塩基配列;
(B)配列番号2に示されるアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつアクチンとの結合活性を有するタンパク質をコードする塩基配列;
(C)配列番号2に示されるアミノ酸配列と少なくとも60%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつアクチンとの結合活性を有するタンパク質をコードする塩基配列;
(D)配列番号1に示される塩基配列;
(E)配列番号1に示される塩基配列において、1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつアクチンとの結合活性を有するタンパク質をコードする塩基配列;
(F)配列番号1に示される塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつアクチンとの結合活性を有するタンパク質をコードする塩基配列;
さらに、(11)以下の(A)〜(C)の何れかのアミノ酸配列からなる、その発現機能低下又は発現機能喪失が男性不妊症の原因となるタンパク質に関する。
(A)配列番号2に示されるアミノ酸配列;
(B)配列番号2に示されるアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列であって、かつ該アミノ酸配列からなるタンパク質がアクチンとの結合活性を有するアミノ酸配列;
(C)配列番号2に示されるアミノ酸配列と少なくとも60%以上の相同性を有するアミノ酸配列であって、かつ該アミノ酸配列からなるタンパク質がアクチンとの結合活性を有するアミノ酸配列;
The present invention also relates to (10) a DNA encoding a protein consisting of any one of the following base sequences (A) to (F), wherein the reduced expression function or loss of expression function causes male infertility.
(A) a base sequence encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2;
(B) a base sequence encoding a protein consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having a binding activity to actin;
(C) a base sequence encoding a protein consisting of an amino acid sequence having at least 60% homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having a binding activity to actin;
(D) the base sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(E) a base sequence encoding a protein consisting of a base sequence in which one or several bases are deleted, substituted or added in the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having actin-binding activity;
(F) a base sequence encoding a protein that hybridizes with the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 under stringent conditions and has a binding activity to actin;
Furthermore, (11) the present invention relates to a protein consisting of an amino acid sequence of any one of (A) to (C) below, whose decrease in expression function or loss of expression function causes male infertility.
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2;
(B) an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and the protein comprising the amino acid sequence has an activity to bind to actin Sequence;
(C) an amino acid sequence having at least 60% homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and a protein comprising the amino acid sequence having an activity to bind to actin;

また本発明は、(12)検体中のヒトコートアクチン遺伝子の異常の有無を調べることを特徴とする男性不妊症の診断方法や、(13)検体中のヒトコートアクチンタンパク質の異常の有無を調べることを特徴とする男性不妊症の診断方法や、(14)ヒトコートアクチン遺伝子又はヒトコートアクチン遺伝子が発現ベクターにインテグレートされた組換えベクターを有効成分として含有することを特徴とするヒトコートアクチン遺伝子やヒトコートアクチンタンパク質の異常に起因する男性不妊症の治療薬や、(15)上記(14)記載の男性不妊症の治療薬を、精巣に投与することを特徴とするヒトコートアクチン遺伝子やヒトコートアクチンタンパク質の異常に起因する男性不妊症の治療方法に関する。   The present invention also relates to (12) a method for diagnosing male infertility, characterized by examining the presence or absence of a human coat actin gene abnormality in a specimen, and (13) examining the presence or absence of a human coat actin protein abnormality in a specimen. And (14) a human coat actin gene comprising, as an active ingredient, a human coat actin gene or a recombinant vector in which a human coat actin gene is integrated into an expression vector Or a human coat actin gene or human characterized by administering to the testis a therapeutic agent for male infertility caused by an abnormality in human coat actin protein or (15) the therapeutic agent for male infertility described in (14) above The present invention relates to a method for treating male infertility caused by abnormalities in coat actin protein.

男性不妊の原因解明には、変異モデル動物の役割が非常に大きい。本発明では精子形成不全に関する優性の変異を継代し、変異部位を決定した。本発明のコートアクチン遺伝子変異を片アリルに有する変異マウスをもちいた顕微授精を行えば、貴重なモデル動物の維持が可能となり、遺伝子解析も進むことが期待される。また、コートアクチンのように、特定の構造体形成に関与することが明らかになれば、他の構造体遺伝子を含めての不妊のスクリーニングが可能となる。すなわち、本発明によると、これまで技術的に維持・継代が困難であった優性精子形態形成不全が引き起こされ男性不妊症を再現できるモデル動物や、かかる男性不妊症モデル動物の維持・継代方法や、かかる男性不妊モデル動物を用いた男性不妊症の予防・治療剤のスクリーニング方法や、男性不妊症の原因物質のスクリーニング方法や、男性不妊症の診断方法などを提供することができる。   Mutation model animals play an extremely important role in elucidating the causes of male infertility. In the present invention, a dominant mutation related to spermatogenesis was subcultured and the mutation site was determined. If microinsemination is performed using a mutant mouse having the coat actin gene mutation of the present invention in one allele, it is possible to maintain a valuable model animal and to advance gene analysis. Moreover, if it becomes clear that it participates in specific structure formation like coat actin, screening of infertility including other structure genes becomes possible. That is, according to the present invention, a model animal capable of reproducing male infertility caused by dominant sperm morphogenesis, which has been difficult to maintain and pass until now, and maintenance and passaging of such male infertility model animals. It is possible to provide a method, a screening method for a prophylactic / therapeutic agent for male infertility using such a male infertility model animal, a screening method for a causative substance of male infertility, a diagnostic method for male infertility, and the like.

一遺伝子のhaploinsufficiencyによって不妊となるような例は、これまでプロタミン−1,−2(protamine-1,-2)が知られるのみだが [非特許文献13,Tanaka H, Miyagawa Y, Tsujimura A, Matsumiya K, Okuyama A, Nishimune Y. Single nucleotide polymorphisms in the protamine-1 and -2 genes of fertile and infertile human male populations. Mol Hum Reprod 2003; 9: 69-73]、ヒトの男性不妊の状況から考えて、このような優性の変異が他にもあることが予想される。精子形成機構の解明、また、ヒト不妊の理解に向けて、Dspdのような、これまで解析できなかった突然変異マウスの解析は重要な意味を持っている。   Protamine-1, -2 (protamine-1, -2) has been known as an example of infertility due to one gene haploinsufficiency [Non-patent document 13, Tanaka H, Miyagawa Y, Tsujimura A, Matsumiya K, Okuyama A, Nishimune Y. Single nucleotide polymorphisms in the protamine-1 and -2 genes of fertile and infertile human male populations. Mol Hum Reprod 2003; 9: 69-73], It is expected that there are other such dominant mutations. To elucidate the mechanism of spermatogenesis and to understand human infertility, the analysis of mutant mice such as Dspd, which could not be analyzed so far, is important.

本発明の男性不妊症モデル動物としては、コートアクチンをコードする非ヒト動物の内在性遺伝子の全部又は一部が破壊・欠損・置換等の遺伝子変異により不活性化され、コートアクチンを発現する機能が低下した、あるいはコートアクチンを発現する機能を失なった男性不妊を発症する非ヒト動物であれば特に制限されないが、遺伝子変異を片アリルに有する非ヒト動物、及び/又は歩行異常などの行動異常を示す非ヒト動物が好ましく、上記非ヒト動物としては、コートアクチンの発現が認められるマウスやラットの他、イヌ、ネコ、ウシ、サル、トリ、魚(ゼブラフィッシュ)、カエル(アフリカツメガエル)、ハエ(ショウジョウバエ)等を例示することができるが、取扱い易さからマウスが好ましい。以下、コートアクチンをコードする非ヒト動物の内在性遺伝子の全部又は一部が破壊・欠損・置換等の遺伝子変異により不活性化され、コートアクチンを発現する機能が低下したコートアクチン遺伝子変異を片アリルに有する男性不妊症モデルマウスについて説明する。   The male infertility model animal of the present invention is a function in which all or part of the endogenous gene of a non-human animal encoding coat actin is inactivated by gene mutation such as destruction / deletion / replacement and expresses coat actin Is not particularly limited as long as it is a non-human animal that develops male infertility whose function has been reduced or has lost the function to express coat actin, but a non-human animal having a gene mutation in one allele and / or behavior such as abnormal gait Non-human animals exhibiting abnormalities are preferred, and examples of the non-human animals include mice, rats, and dogs, cats, cows, monkeys, birds, fish (zebrafish), and frogs (Xenopus laevis) that are recognized to express coat actin. Examples include fly (Drosophila) and the like, but a mouse is preferred because of its ease of handling. Hereinafter, all or part of the endogenous genes of non-human animals encoding coat actin are inactivated by gene mutations such as destruction, deletion, replacement, etc. The male infertility model mouse possessed by allele will be described.

コートアクチン遺伝子変異を片アリルに有する男性不妊症モデルマウスは、後述する実施例に記載のように、トランスジーンをマウス受精卵の雄性前核に注入し、処置受精卵を仮親である偽妊娠雌マウスの卵管に移植して仮親から産まれた産仔(変異マウス)から採取した円形および伸長精子細胞を野生型未受精卵に注入し、48時間培養の後、4〜8細胞胚を偽妊娠させた雌マウスの卵管に移植し、産仔を得ることもできる。産仔(変異マウス)から採取した伸長精子細胞の一例が、独立行政法人 理化学研究所バイオリソースセンターに寄託番号01136として寄託されている。   A male infertility model mouse having a coat actin gene mutation in one allele is prepared by injecting a transgene into the male pronucleus of a mouse fertilized egg as described in the Examples below, and the treated fertilized egg is a pseudopregnant female. Circular and elongated sperm cells collected from offspring (mutant mice) born from foster mothers after transplanted into the oviduct of mice were injected into wild-type unfertilized eggs and cultured for 48 hours, then 4-8 cell embryos were pseudopregnant It is also possible to obtain offspring by transplanting into the fallopian tube of a female mouse. An example of an elongated sperm cell collected from a litter (mutant mouse) is deposited under the deposit number 01136 at the RIKEN BioResource Center.

また上記実施例記載の方法の他、通常のノックアウトマウスの作製方法を利用することにより得ることもできる。具体的には、マウス遺伝子ライブラリーからPCR等の方法により得られた遺伝子断片を用いて、コートアクチン遺伝子をスクリーニングし、スクリーニングされたコートアクチン遺伝子 を組換えDNA技術により、コートアクチン遺伝子の全部又は一部を、例えばネオマイシン耐性遺伝子等のマーカー遺伝子で置換し、5'末端側にジフテリアトキシンAフラグメント(DT−A)遺伝子や単純ヘルペスウイルスのチミジンキナーゼ(HSV−tk)遺伝子等の遺伝子を導入してターゲティングベクターを作製し、この作製されたターゲッティングベクターを線状化し、エレクトロポレーション(電気穿孔)法等によってES細胞に導入し、相同的組換えを行い、その相同的組換え体の中から、G418やガンシクロビア(GANC)等の抗生物質に抵抗性を示すES細胞を選択する。この選択されたES細胞が目的とする組換え体かどうかをサザンブロット法等により確認することが好ましい。   In addition to the methods described in the above examples, it can also be obtained by utilizing a normal method for producing knockout mice. Specifically, a coat actin gene is screened using a gene fragment obtained from a mouse gene library by a method such as PCR, and the coat actin gene thus screened is all or all of the coat actin gene by recombinant DNA technology. A part of the gene is replaced with a marker gene such as a neomycin resistance gene, and a gene such as a diphtheria toxin A fragment (DT-A) gene or a herpes simplex virus thymidine kinase (HSV-tk) gene is introduced at the 5 ′ end. A targeting vector, linearize the prepared targeting vector, introduce it into ES cells by electroporation, etc., perform homologous recombination, and select from the homologous recombinants , G418, Ganciclovia (GANC), etc. Selecting ES cells that are resistant to the raw material. It is preferable to confirm whether or not the selected ES cell is the target recombinant by Southern blotting or the like.

上記組換えES細胞をマウスの胚盤胞中にマイクロインジェクションし、かかる胚盤胞を仮親のマウスに戻し、キメラマウスを作製する。このキメラマウスを野生型のマウスと交配させると、コートアクチン遺伝子変異を片アリルに有するヘテロ接合体マウスを得ることができる。このヘテロ接合体マウスから採取した円形および伸長精子細胞を野生型未受精卵に注入し、48時間培養の後、4〜8細胞胚を偽妊娠させた雌マウスの卵管に移植し、産仔を得ることもできる。なお、このヘテロ接合体マウスを交配させることによって、コートアクチンノックアウトマウスを得ることができるが、ノックアウトマウスが生まれない可能性がある。そのため、Cre−loxPシステム等を使用して条件的に(例えばセルトリ細胞のみで)欠損させることもできる。   The recombinant ES cell is microinjected into a blastocyst of a mouse, and the blastocyst is returned to a temporary parent mouse to produce a chimeric mouse. When this chimeric mouse is crossed with a wild-type mouse, a heterozygous mouse having a coat actin gene mutation in one allele can be obtained. Circular and elongated sperm cells collected from this heterozygous mouse were injected into wild-type unfertilized eggs, cultured for 48 hours, and transplanted into the oviduct of a female mouse pseudopregnant with 4-8 cell embryos. You can also get Although this heterozygous mouse can be crossed, a coat actin knockout mouse can be obtained, but a knockout mouse may not be born. For this reason, the Cre-loxP system or the like can be used to conditionally (eg, only Sertoli cells).

そして、かかる変異マウス(ヘテロ接合体マウス)におけるコートアクチン遺伝子が染色体上で片アリルに欠損していることを確認する方法としては、例えば、上記の方法により得られたマウスの精巣からRNAを単離して、リアルタイムRT−PCR法およびウエスタンブロッティング法で、マウス精巣におけるコートアクチン遺伝子とコートアクチンタンパク質の発現量を調べる方法や、このマウスの精子細胞等から抽出したタンパク質をイムノブロット分析等により調べる方法等を挙げることができる。   As a method for confirming that the coat actin gene in the mutant mouse (heterozygous mouse) is deficient in a single allele on the chromosome, for example, RNA is isolated from the mouse testis obtained by the above method. Separately, use real-time RT-PCR method and Western blotting method to examine the expression level of coat actin gene and coat actin protein in mouse testis, or to examine protein extracted from mouse sperm cells by immunoblot analysis etc. Etc.

本発明の男性不妊症モデル動物は、男性不妊症を発症することから、男性不妊発症のメカニズムの解析に有用であり、また、本発明の男性不妊症モデル動物を用いて、男性不妊症の予防・治療剤のスクリーニングに使用することができる。本発明の男性不妊症の予防・治療剤のスクリーニング方法としては、本発明の男性不妊症モデル動物に、被検物質を投与し、造精機能障害の症状改善の程度を測定・評価するスクリーニング方法であれば特に制限されず、造精機能障害の症状改善の程度の測定・評価は、以下の実施例に記載されているように、精巣組織の形態観察を行い、伸長精子細胞の数や配列の乱れ、セルトリ細胞の形態の乱れ、精巣上体管における精子の数などの程度を測定し、対照となる野生型と比較する方法を挙げることができる。   Since the male infertility model animal of the present invention develops male infertility, it is useful for analyzing the mechanism of male infertility development, and the male infertility model animal of the present invention is used to prevent male infertility. • Can be used for screening for therapeutic agents. As a screening method for a prophylactic / therapeutic agent for male infertility according to the present invention, a screening method for administering a test substance to the male infertility model animal according to the present invention and measuring / evaluating the degree of improvement in symptoms of spermatogenic dysfunction The measurement and evaluation of the degree of improvement of spermatogenic dysfunction is performed by morphological observation of testis tissue and the number and arrangement of elongated sperm cells, as described in the following examples. A method of measuring the degree of turbulence, Sertoli cell morphology, the number of spermatozoa in the epididymal duct, and comparing with the wild type as a control.

他方乏精子症患者の射出精液中に未成熟精子細胞が多く見られる症例がある一方で、本発明により、コートアクチンの発現量低下がES構造体の形成不全を引き起こし、精子形成不全となる道筋が明かとなった。また、特殊接合装置の異常、精子細胞の精上皮からの剥離は主に、エストロジェン投与、テストステロン減少などホルモン異常のラット・マウスで観察されてきた現象である。このES構造体の形成不全は、ダイオキシンをはじめとする環境ホルモンによる精子形成異常の際にも観察されることから、環境ホルモンのターゲット遺伝子がコートアクチンである可能性が高まった。環境ホルモンのターゲット遺伝子であることが確認できれば、環境有害物質のスクリーニングにこの遺伝子の発現解析が非常に有用であることになる。また、環境ホルモンは精子形成だけで無く、行動異常の原因となると考えられており、現在問題になっているキレる子供の増加との関係が示唆されている。神経系への影響は精子形成の1/100の量でも見られると考えられることから、このような環境有害物質の検出は、現代社会において不可欠である。コートアクチンは中枢神経系(特に、小脳)での発現が観察されており、モデル動物にも歩行異常が確認されている。   On the other hand, there are cases in which immature sperm cells are often found in the ejaculated semen of patients with oligospermia. On the other hand, according to the present invention, a decrease in the expression level of coat actin causes dysplasia of the ES structure, leading to spermatogenesis Became clear. Also, abnormalities in the special junction apparatus and detachment of sperm cells from the seminiferous epithelium are phenomena that have been observed mainly in rats and mice with hormonal abnormalities such as estrogen administration and testosterone reduction. This formation failure of the ES structure is also observed in the case of spermatogenesis abnormalities caused by environmental hormones such as dioxins, and therefore the possibility that the target gene of environmental hormones is coat actin has increased. If it can be confirmed that it is a target gene for environmental hormones, the expression analysis of this gene will be very useful for screening for environmental harmful substances. In addition, environmental hormones are thought to cause not only spermatogenesis but also behavioral abnormalities, suggesting a relationship with the increase in sharp children that are currently a problem. Since it is thought that the influence on the nervous system can be seen even in an amount of 1/100 of spermatogenesis, detection of such environmental harmful substances is indispensable in modern society. Coat actin has been observed in the central nervous system (particularly the cerebellum), and gait abnormalities have also been confirmed in model animals.

そこで、本発明の男性不妊症の原因物質のスクリーニング方法としては、非ヒト動物に被検物質を投与し、コートアクチン遺伝子やコートアクチンタンパク質の異常の有無を調べる方法であれば特に制限されず、上記非ヒト動物としては、コートアクチンの発現が認められるマウスやラットの他、トリ、魚、カエル等を例示することができるが、取扱い易さからマウスが、また、変異の出現し易さから鯉や鮒等の魚が好ましい。これら非ヒト動物のコートアクチン遺伝子の塩基配列としては、マウス(GenBankアクセッションナンバー:15030314)、ラット(GenBankアクセッションナンバー:11177917)、ニワトリ(GenBankアクセッションナンバー:45382632)、ゼブラフィッシュ(GenBankアクセッションナンバー:33417208)、アフリカツメガエル(GenBankアクセッションナンバー:17826995)、ハエ(GenBankアクセッションナンバー:3869203)を挙げることができる。   Therefore, the screening method for the causative agent of male infertility of the present invention is not particularly limited as long as it is a method of administering a test substance to a non-human animal and examining the presence or absence of abnormalities in the coat actin gene or coat actin protein, Examples of the non-human animals include mice and rats in which the expression of coat actin is recognized, as well as birds, fish, frogs, and the like. Fish such as carp and carp are preferred. The base sequences of these non-human animal coat actin genes include mouse (GenBank accession number: 15030314), rat (GenBank accession number: 11177917), chicken (GenBank accession number: 45382632), zebrafish (GenBank accession). No .: 33417208), Xenopus laevis (GenBank accession number: 17826995), and flies (GenBank accession number: 3896003).

また、上記被検物質としては、動植物や微生物からの抽出物、各種ペプチド・タンパク質、多糖類、化学合成物質など特に制限されない。   The test substance is not particularly limited, such as extracts from animals and plants and microorganisms, various peptides / proteins, polysaccharides, and chemically synthesized substances.

上述の本発明により、コートアクチンの発現機能低下又は発現機能喪失が男性不妊症の原因となることから、コートアクチンが男性不妊症を防除する機能を有するタンパク質であることを見い出した。このような機能に注目したコートアクチンやコートアクチン遺伝子、コートアクチンやコートアクチン遺伝子の使用も本発明に包含される。以下、これらについて説明する。   According to the above-mentioned present invention, since a decrease in expression function or loss of expression function of coat actin causes male infertility, it has been found that coat actin is a protein having a function of controlling male infertility. Use of coat actin and coat actin gene, coat actin and coat actin gene focusing on such functions is also encompassed by the present invention. Hereinafter, these will be described.

本発明の“発現機能低下又は発現機能喪失が男性不妊症の原因となるタンパク質をコードするDNA”としては、(A)配列番号2に示されるアミノ酸配列(ヒトコートアクチン)をコードする塩基配列;(B)配列番号2に示されるアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつアクチンとの結合活性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列;(C)配列番号2に示されるアミノ酸配列と少なくとも60%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつアクチンとの結合活性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列;(D)配列番号1に示される塩基配列(ヒトコートアクチンをコードするDNA);(E)配列番号1に示される塩基配列において、1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつアクチンとの結合活性を有するタンパク質をコードする塩基配列;又は(F)配列番号1に示される塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつアクチンとの結合活性を有するタンパク質をコードする塩基配列;の何れかの塩基配列からなるDNAであれば特に制限されず、また、本発明の“発現機能低下又は発現機能喪失が男性不妊症の原因となるタンパク質”としては、(A)配列番号2に示されるアミノ酸配列;(B)配列番号2に示されるアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつアクチンとの結合活性を有するアミノ酸配列;又は(C)配列番号2に示されるアミノ酸配列と少なくとも60%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつアクチンとの結合活性を有するアミノ酸配列;の何れかのアミノ酸配列からなるタンパク質であれば特に制限されず、ここで「アクチンとの結合活性を有するタンパク質」とは、アクチンとの結合に何らかの形で関与するタンパク質を意味し、その具体的な作用機構は特に限定されないが、アクチンとの結合能を好適に例示することができる。   The “DNA encoding a protein whose expression function decline or expression function causes male infertility” according to the present invention is (A) a base sequence encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (human coat actin); (B) a base sequence encoding an amino acid sequence consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having a binding activity to actin; C) a nucleotide sequence comprising an amino acid sequence having at least 60% homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and encoding an amino acid sequence having binding activity with actin; (D) shown in SEQ ID NO: 1 Base sequence (DNA encoding human coat actin); (E) In the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, A nucleotide sequence consisting of a nucleotide sequence in which several bases are deleted, substituted or added, and encoding a protein having a binding activity to actin; or (F) a stringent condition with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 The DNA is not particularly limited as long as it is a DNA consisting of any one of the following nucleotide sequences: a base sequence encoding a protein that hybridizes under the above and has a binding activity with actin; As a protein whose loss causes male infertility ”, (A) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2; (B) one or several amino acids are deleted or substituted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 Or an amino acid sequence consisting of an added amino acid sequence and having a binding activity to actin; or (C) the amino acid shown in SEQ ID NO: 2 It is not particularly limited as long as it is a protein consisting of any amino acid sequence consisting of an amino acid sequence having at least 60% homology with a sequence and having an activity to bind to actin. The term “protein having binding activity” means a protein that is involved in some form of binding to actin, and its specific mechanism of action is not particularly limited, and examples thereof include the ability to bind to actin.

上記「1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列」とは、例えば1〜20個、好ましくは1〜15個、より好ましくは1〜10個、さらに好ましくは1〜5個の任意の数のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を意味する。また、上記「1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列」とは、例えば1〜20個、好ましくは1〜15個、より好ましくは1〜10個、さらに好ましくは1〜5個の任意の数の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列を意味する。   The above “amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added” is, for example, 1 to 20, preferably 1 to 15, more preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5. It means an amino acid sequence in which any number of amino acids are deleted, substituted or added. The “base sequence in which one or several bases have been deleted, substituted or added” is, for example, 1 to 20, preferably 1 to 15, more preferably 1 to 10, more preferably 1 It means a base sequence in which ˜5 arbitrary number of bases are deleted, substituted or added.

例えば、これら1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなるDNA(変異DNA)は、化学合成、遺伝子工学的手法、突然変異誘発などの当業者に既知の任意の方法により作製することもできる。具体的には、配列番号1に示される塩基配列からなるDNAに対し、変異原となる薬剤と接触作用させる方法、紫外線を照射する方法、遺伝子工学的な手法等を用いて、これらDNAに変異を導入することにより、変異DNAを取得することができる。遺伝子工学的手法の一つである部位特異的変異誘発法は特定の位置に特定の変異を導入できる手法であることから有用であり、Molecular Cloning: A laboratory Mannual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY.,1989.以後 "モレキュラークローニング第2版" と略す)、Current Protocols in Molecular Biology, Supplement 1〜38,John Wiley & Sons (1987-1997)等に記載の方法に準じて行うことができる。この変異DNAを適切な発現系を用いて発現させることにより、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質を得ることができる。   For example, DNA (mutant DNA) consisting of a base sequence in which one or several bases are deleted, substituted or added can be obtained by any method known to those skilled in the art such as chemical synthesis, genetic engineering techniques, mutagenesis, etc. Can also be produced. Specifically, the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 is mutated into these DNAs by using a method of contacting with a mutagen agent, a method of irradiating with ultraviolet rays, a genetic engineering technique, etc. Mutant DNA can be obtained by introducing. Site-directed mutagenesis, which is one of genetic engineering techniques, is useful because it can introduce specific mutations at specific positions. Molecular Cloning: A laboratory Mannual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory , Cold Spring Harbor, NY., 1989. (hereinafter abbreviated as "Molecular Cloning 2nd Edition"), Current Protocols in Molecular Biology, Supplement 1-38, John Wiley & Sons (1987-1997), etc. It can be carried out. By expressing this mutant DNA using an appropriate expression system, a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added can be obtained.

上記「配列番号2に示されるアミノ酸配列と少なくとも60%以上の相同性を有するアミノ酸配列」とは、配列番号2に示されるアミノ酸配列との相同性が60%以上であれば特に制限されるものではなく、例えば、60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上であることを意味する。   The “amino acid sequence having at least 60% or more homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2” is particularly limited as long as the homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 is 60% or more. Instead, for example, it means 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, particularly preferably 95% or more, and most preferably 98% or more.

上記「ストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列」とは、DNA又はRNAなどの核酸をプローブとして使用し、コロニー・ハイブリダイゼーション法、プラークハイブリダイゼーション法、あるいはサザンブロットハイブリダイゼーション法等を用いることにより得られる塩基配列を意味し、具体的には、コロニーあるいはプラーク由来のDNAまたは該DNAの断片を固定化したフィルターを用いて、0.7〜1.0MのNaCl存在下、65℃でハイブリダイゼーションを行った後、0.1〜2倍程度のSSC溶液(1倍濃度のSSC溶液の組成は、150mM塩化ナトリウム、15mMクエン酸ナトリウム)を用い、65℃条件下でフィルターを洗浄することにより同定できるDNAをあげることができる。ハイブリダイゼーションは、モレキュラークローニング第2版等に記載されている方法に準じて行うことができる。   The above-mentioned “base sequence that hybridizes under stringent conditions” means that a nucleic acid such as DNA or RNA is used as a probe, and a colony hybridization method, a plaque hybridization method, a Southern blot hybridization method, or the like is used. Specifically, using a filter in which DNA derived from colonies or plaques or a fragment of the DNA is immobilized, the DNA is high at 65 ° C. in the presence of 0.7 to 1.0 M NaCl. After hybridization, the filter is washed under conditions of 65 ° C. using an SSC solution of about 0.1 to 2 times (the composition of a 1-fold concentration SSC solution is 150 mM sodium chloride, 15 mM sodium citrate). The DNA which can be identified can be mentioned. Hybridization can be performed according to the method described in Molecular Cloning 2nd edition.

例えば、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることができるDNAとしては、プローブとして使用するDNAの塩基配列と一定以上の相同性を有するDNAが挙げることができ、例えば60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上の相同性を有するDNAを好適に例示することができる。   For example, DNA that can hybridize under stringent conditions can include DNA having a certain degree of homology with the base sequence of the DNA used as a probe, for example, 60% or more, preferably 70%. Preferred examples thereof include DNA having homology of 80% or more, more preferably 90% or more, particularly preferably 95% or more, and most preferably 98% or more.

本発明のDNAの取得方法や調製方法は特に限定されるものでなく、本明細書中に開示した配列番号1又は配列番号2に示されるアミノ酸配列又は塩基配列情報に基づいて適当なブローブやプライマーを調製し、それらを用いて当該DNAが存在することが予測されるcDNAライブラリーをスクリーニングすることにより目的の遺伝子を単離したり、常法に従って化学合成により調製することができる。   The method for obtaining and preparing the DNA of the present invention is not particularly limited, and appropriate probes and primers based on the amino acid sequence or base sequence information shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 disclosed in the present specification. And the target gene can be isolated by screening a cDNA library in which the DNA is expected to exist, or can be prepared by chemical synthesis according to a conventional method.

本発明の“その発現機能低下又は発現機能喪失が男性不妊症の原因となるタンパク質”の取得・調製方法は特に限定されず、天然由来の単離タンパク質でも、化学合成したタンパク質でも、遺伝子組換え技術により作製した組み換えタンパク質の何れでもよい。天然由来のタンパク質を取得する場合には、かかるタンパク質を発現している細胞又は組織からタンパク質の単離・精製方法を適宜組み合わせることにより、本発明のタンパク質を取得することができる。化学合成によりタンパク質を調製する場合には、例えば、Fmoc法(フルオレニルメチルオキシカルボニル法)、tBoc法(t−ブチルオキシカルボニル法)等の化学合成法に従って本発明のタンパク質を合成することができる。また、各種の市販のペプチド合成機を利用して本発明のタンパク質を合成することもできる。遺伝子組換え技術によりタンパク質を調製する場合には、該タンパク質をコードする塩基配列からなるDNAを好適な発現系に導入することにより本発明のタンパク質を調製することができる。これらの中でも、比較的容易な操作でかつ大量に調製することが可能な遺伝子組換え技術による調製が好ましい。   There are no particular limitations on the method for obtaining and preparing the “protein whose expression function declines or loss of expression function causes male infertility” according to the present invention, and it may be a natural isolated protein, a chemically synthesized protein, or genetic recombination. Any recombinant protein produced by technology may be used. When a naturally derived protein is obtained, the protein of the present invention can be obtained by appropriately combining protein isolation / purification methods from cells or tissues expressing such protein. When preparing a protein by chemical synthesis, for example, the protein of the present invention can be synthesized according to a chemical synthesis method such as the Fmoc method (fluorenylmethyloxycarbonyl method) or the tBoc method (t-butyloxycarbonyl method). it can. In addition, the protein of the present invention can be synthesized using various commercially available peptide synthesizers. When a protein is prepared by a gene recombination technique, the protein of the present invention can be prepared by introducing DNA consisting of a base sequence encoding the protein into a suitable expression system. Among these, preparation by a gene recombination technique that can be prepared in a large amount by a relatively easy operation is preferable.

例えば、遺伝子組換え技術によって、本発明の“その発現機能低下又は発現機能喪失が男性不妊症の原因となるタンパク質”を調製する場合、かかるタンパク質を細胞培養物から回収し精製するには、硫酸アンモニウムまたはエタノール沈殿、酸抽出、アニオンまたはカチオン交換クロマトグラフィー、ホスホセルロースクロマトグラフィー、疎水性相互作用クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、ハイドロキシアパタイトクロマトグラフィーおよびレクチンクロマトグラフィーを含めた公知の方法、好ましくは、高速液体クロマトグラフィーが用いられる。特に、アフィニティークロマトグラフィーに用いるカラムとしては、例えば、本発明のタンパク質に対するモノクローナル抗体等の抗体を結合させたカラムや、上記本発明のタンパク質に通常のペプチドタグを付加した場合は、このペプチドタグに親和性のある物質を結合したカラムを用いることにより、これらのタンパク質の精製物を得ることができる。また、本発明のタンパク質が細胞膜に発現している場合は、細胞膜分解酵素を作用させた後、上記の精製処理を行うことにより精製標品を得ることができる。   For example, when preparing “a protein whose decreased expression function or loss of expression function causes male infertility” of the present invention by gene recombination technology, ammonium sulfate can be used to recover and purify the protein from the cell culture. Or known methods including ethanol precipitation, acid extraction, anion or cation exchange chromatography, phosphocellulose chromatography, hydrophobic interaction chromatography, affinity chromatography, hydroxyapatite chromatography and lectin chromatography, preferably high performance liquids Chromatography is used. In particular, the column used for affinity chromatography is, for example, a column in which an antibody such as a monoclonal antibody against the protein of the present invention is bound, or when a normal peptide tag is added to the protein of the present invention, By using a column to which an affinity substance is bound, purified products of these proteins can be obtained. In addition, when the protein of the present invention is expressed on the cell membrane, a purified sample can be obtained by carrying out the above purification treatment after allowing the cell membrane degrading enzyme to act.

さらに、配列番号2に示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質、又は配列番号2に示されるアミノ酸配列と60%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなるタンパク質は、配列番号2に示されるアミノ酸配列をコードする塩基配列の一例を示す配列番号1に示される塩基配列の情報に基づいて当業者であれば適宜調製又は取得することができる。例えば、配列番号1に示される塩基配列又はその一部を有するDNAをプローブとしてヒト以外の生物より、該DNAのホモログを適当な条件下でスクリーニングすることにより単離することができる。このホモログDNAの全長DNAをクローニング後、動物細胞用発現ベクターに組み込み適当な動物細胞で発現させることにより、該ホモログDNAによりコードされるタンパク質を製造することができる。   Furthermore, it has a homology of 60% or more with a protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. A protein comprising an amino acid sequence can be appropriately prepared or obtained by those skilled in the art based on the information of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 showing an example of the base sequence encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. . For example, the DNA having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or a part thereof can be used as a probe to isolate a DNA homolog by screening under appropriate conditions from a non-human organism. A protein encoded by the homologous DNA can be produced by cloning the full-length DNA of this homologous DNA and then incorporating it into an animal cell expression vector and expressing it in an appropriate animal cell.

コートアクチンが、精子形成に重要なES構造体に含まれること、変異マウスでは細胞内局在が変化していることを明らかにしたことから、このタンパク質の発現量の低下が男性不妊の原因となる可能性が高い。また、現在でも、このような症例の場合、顕微授精法によって子供を得ることができるが、本来起きないはずの男性不妊症を遺伝させた例がすでに報告されている。顕微受精後、受精卵診断をすることにより、正常遺伝子をもった個体を子宮に戻すことにより、このような医療に伴うリスクを無くすことが可能となる。このように、ヒトコートアクチン遺伝子の変異やヒトコートアクチンタンパク質の変異のスクリーニングにより、ヒトにおいて男性不妊症患者の診断を行うことが可能になる。本発明の男性不妊症の診断方法としては、検体中のヒトコートアクチン遺伝子の異常の有無やヒトコートアクチンタンパク質の異常の有無を調べる方法であれば特に制限されるものではなく、例えば、かかる遺伝子配列決定法を利用した遺伝子診断は、ターゲットとするヒトコートアクチン遺伝子を精子細胞から単離したのち、増幅・精製し、遺伝子の塩基配列決定用装置を用いて、ヒトコートアクチン遺伝子の塩基配列を読むことによって行うことができるが、その操作に膨大な作業量と非常に長い時間、さらには多大のランニングコストを要することから、種々提案されている改良法(特開2004−093297号公報、特開2003−215031号公報、特開2003−159054号公報、特開2003−156476号公報、特開2002−340859号公報、特開2002−340858号公報、特開2002−340857号公報、特開2002−333444号公報、特開2002−171988号公報参照)を有利に用いることができる。また、ヒトコートアクチンタンパク質の異常の有無は、タンパク質の構造異常の他、その発現量や局在の異常を測定することにより調べることができる。   It was clarified that coat actin is contained in the ES structure important for spermatogenesis, and that intracellular localization was altered in mutant mice. Is likely to be. Even now, in such cases, children can be obtained by microinsemination, but there have already been reported cases of inheriting male infertility that should not occur. By performing fertilized egg diagnosis after micro-fertilization, it is possible to eliminate the risk associated with such medical treatment by returning an individual having a normal gene to the uterus. Thus, by screening for mutations in the human coat actin gene and human coat actin protein, it becomes possible to diagnose male infertility patients in humans. The method for diagnosing male infertility according to the present invention is not particularly limited as long as it is a method for examining the presence or absence of a human coat actin gene abnormality or a human coat actin protein abnormality in a sample. In the genetic diagnosis using the sequencing method, the target human coat actin gene is isolated from sperm cells, amplified and purified, and the nucleotide sequence of the human coat actin gene is determined using a gene sequencing device. Although it can be performed by reading, since the operation requires a huge amount of work, a very long time, and a great running cost, various proposed improved methods (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-093297, JP 2003-215031 A, JP 2003-159054 A, JP 2003-156476 A, Open 2002-340859, JP-can be used JP 2002-340858, JP 2002-340857, JP 2002-333444 and JP advantageous to see JP 2002-171988). In addition, the presence or absence of abnormality of human coat actin protein can be examined by measuring not only the structural abnormality of the protein but also the abnormal expression level or localization.

本発明のヒトコートアクチン遺伝子やヒトコートアクチンタンパク質の異常に起因する男性不妊症の治療薬としては、ヒトコートアクチン遺伝子又はヒトコートアクチン遺伝子が発現ベクターにインテグレートされた組換えベクターを有効成分として含有するとする予防・治療剤を挙げることができ、発現ベクターとしては、例えば、非分裂細胞を含む全ての細胞(血球系以外)での一過性発現に用いられるアデノウイルスベクター(Science,252, 431-434, 1991)や、分裂細胞での長期発現に用いられるレトロウイルスベクター(Microbiology and Immunology, 158, 1-23, 1992)や、非病原性、非分裂細胞にも導入可能で、長期発現に用いられるアデノ随伴ウイルスベクター(Curr. Top. Microbiol. Immunol., 158, 97-129, 1992)や、リポソーム等を具体的に挙げることができるが、これらに限定されるものではない。これらの中でも、高い効率で細胞系や生体の臓器における遺伝子発現が可能なアデノウイルスベクターが特に好ましい。また、これらの発現ベクターへのヒトコートアクチン遺伝子の導入は常法によって行うことができ、例えばこれら発現ベクター中の適当なプロモーターの下流にヒトコートアクチン遺伝子等を挿入することにより発現ベクターを構築することができる。ヒトコートアクチン遺伝子は、プラスミドDNAを単独で投与する方法、遺伝子キャリアー分子を使った方法、デンドリティックポリリジンを用いた遺伝子デリバリー法等の遺伝子治療を目指した従来公知の遺伝子デリバリー技術により精巣までデリバリーされ、コートアクチンを発現する。   As a therapeutic agent for male infertility caused by abnormality of human coat actin gene or human coat actin protein of the present invention, human coat actin gene or recombinant vector in which human coat actin gene is integrated into an expression vector is contained as an active ingredient Examples of the expression vector include adenoviral vectors (Science, 252, 431) used for transient expression in all cells including non-dividing cells (other than blood cells). -434, 1991), retroviral vectors used for long-term expression in dividing cells (Microbiology and Immunology, 158, 1-23, 1992) and non-pathogenic, non-dividing cells can be introduced for long-term expression. Specific examples include adeno-associated virus vectors used (Curr. Top. Microbiol. Immunol., 158, 97-129, 1992) and liposomes. But it is not limited thereto. Among these, adenovirus vectors capable of gene expression in cell systems and living organs with high efficiency are particularly preferable. The human coat actin gene can be introduced into these expression vectors by a conventional method. For example, an expression vector is constructed by inserting a human coat actin gene or the like downstream of an appropriate promoter in these expression vectors. be able to. The human coat actin gene is delivered to the testis by conventional gene delivery techniques aimed at gene therapy, such as methods that administer plasmid DNA alone, methods that use gene carrier molecules, and gene delivery methods that use dendritic polylysine. Coat actin is expressed.

これら予防・治療薬は、男性患者の不妊症発症の予防や、不妊症を発症した男性患者の治療等に用いることができる。医薬品として用いる場合、経口的あるいは非経口的に投与することができるが、静脈投与等の非経口的投与が好ましい。非経口投与剤として注射剤、経皮製剤あるいは座薬等とすることができる。また、経口投与剤としては散剤、顆粒剤、カプセル剤、錠剤などの固形製剤あるいはシロップ剤、エリキシル剤などの液状製剤とすることができる。これらの製剤は活性成分に薬理学的、製剤学的に認容される助剤を加えることにより常法に従って製造することができる。助剤としては、例えば、経口剤および粘膜投与剤にあっては、軽質無水ケイ酸、澱粉、乳糖、結晶セルロース、乳糖カルシウム等の賦形剤、カルボキシメチルセルロ−ス等の崩壊剤、ステアリン酸マグネシム等の滑沢剤などの製剤用成分が、また注射剤にあっては、生理食塩水、マンニトール、プロピレングリコ−ル等の溶解剤ないし溶解補助剤、界面活性剤などの懸濁化剤などの製剤用成分が、さらに外用剤にあっては、水性ないし油性の溶解剤ないし溶解補助剤、粘着剤などの製剤用成分が使用される。また、投与量は、対象疾患の種類、患者の年齢、性別、体重、症状、投与形態に応じて適宜決定することができる。   These preventive / therapeutic agents can be used for preventing the onset of infertility in male patients, treating male patients who have developed infertility, and the like. When used as a pharmaceutical, it can be administered orally or parenterally, but parenteral administration such as intravenous administration is preferred. The parenteral preparation can be an injection, a transdermal preparation, a suppository, or the like. Oral administration agents can be solid preparations such as powders, granules, capsules and tablets, or liquid preparations such as syrups and elixirs. These preparations can be produced according to a conventional method by adding pharmacologically and pharmaceutically acceptable auxiliaries to the active ingredient. As an auxiliary agent, for example, in oral preparations and mucosal administration agents, light anhydrous silicic acid, excipients such as starch, lactose, crystalline cellulose and lactose calcium, disintegrants such as carboxymethyl cellulose, stearic acid Ingredients for preparations such as lubricants such as magnesium, and for injections, solubilizers or solubilizers such as physiological saline, mannitol, propylene glycol, suspending agents such as surfactants, etc. In the case of the above-mentioned formulation components, the formulation components such as aqueous or oily solubilizers, solubilizers, and adhesives are used. In addition, the dose can be appropriately determined according to the type of target disease, the age, sex, weight, symptom, and dosage form of the patient.

本発明のヒトコートアクチン遺伝子やヒトコートアクチンタンパク質の異常に起因する男性不妊症の治療方法としては、上記のヒトコートアクチン遺伝子やヒトコートアクチンタンパク質の異常に起因する男性不妊症の治療薬を、精巣に投与する方法であれば特に制限されず、生体への遺伝子導入法としては、実際にインビボエレクトロポレーション法でセルトリ細胞の障害をレスキューした例が報告[Yomogida K, Yagura Y, Nishimune Y. Electroporated transgene-rescued spermatogenesis in infertile mutant mice with a sertoli cell defect. Biol Reprod 2002; 67: 712-717]されていることからして、インビボエレクトロポレーション法 [ Muramatsu T, Shibata O, Ryoki S, Ohmori Y, Okumura J. Foreign gene expression in the mouse testis by localized in vivo gene transfer. Biochem Biophys Res Commun 1997; 233: 45-49,Yamazaki Y, Fujimoto H, Ando H, Ohyama T, Hirota Y, Noce T. In vivo gene transfer to mouse spermatogenic cells by deoxyribonucleic acid injection into seminiferous tubules and subsequent electroporation. Biol Reprod 1998; 59: 1439-1444]を操作の簡便さ・安全性の点で好適に例示することができる。導入効率のみを考えるならば、アデノ随伴ウイルスベクター、レンチウィルス等のウィルスベクターが有効である。   As a method for treating male infertility resulting from an abnormality in the human coat actin gene or human coat actin protein of the present invention, the therapeutic agent for male infertility resulting from an abnormality in the above human coat actin gene or human coat actin protein, There is no particular limitation as long as it is a method of administration to the testis, and as a method for gene transfer into the living body, there have been reported cases in which Sertoli cell damage was actually rescued by in vivo electroporation [Yomogida K, Yagura Y, Nishimune Y. Electroporated transgene-rescued spermatogenesis in infertile mutant mice with a sertoli cell defect. Biol Reprod 2002; 67: 712-717], in vivo electroporation [Muramatsu T, Shibata O, Ryoki S, Ohmori Y , Okumura J. Foreign gene expression in the mouse testis by localized in vivo gene transfer. Biochem Biophys Res Commun 1997; 233: 45-49, Yamazaki Y, Fujimot o H, Ando H, Ohyama T, Hirota Y, Noce T. In vivo gene transfer to mouse spermatogenic cells by deoxyribonucleic acid injection into seminiferous tubules and subsequent electroporation. Biol Reprod 1998; 59: 1439-1444] It can be preferably exemplified in terms of safety. If only the introduction efficiency is considered, virus vectors such as adeno-associated virus vectors and lentiviruses are effective.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの例示に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, the technical scope of this invention is not limited to these illustrations.

(マウスの単離と表現型解析)
PEG8/IGF2ASトランスジェニックマウスの一系統に、トランスジーンの挿入変異により雄マウスが重度の精子形成不全を示し不妊となる変異マウス系統が発生した。トランスジェニックマウスを作製する際には数%の割合で不妊マウスが発生することが従来から知られているが、このような変異マウスは維持・継代が難しく、また本来の実験の目的から外れてしまうために解析されずに失われることが多かった。しかし、不妊変異マウスの解析は生殖生物学にとって重要であると考え、この不妊マウスの解析を進めることにした。表現型解析の結果、不妊マウスの精巣では精子形態形成の異常が起こっていることが明らかになったため、変異マウスはDspd(Dominant spermiogenesis defect)と名付けた。
(Mouse isolation and phenotype analysis)
In one strain of PEG8 / IGF2AS transgenic mice, a mutant mouse strain in which male mice showed severe spermatogenesis and became infertile due to transgene insertion mutations occurred. It has been conventionally known that infertile mice are generated at a rate of several percent when producing transgenic mice, but such mutant mice are difficult to maintain and pass, and are outside the purpose of the original experiment. It was often lost without being analyzed. However, we considered that the analysis of infertile mutant mice is important for reproductive biology, and decided to proceed with the analysis of infertile mice. As a result of phenotypic analysis, it was revealed that abnormal sperm morphogenesis occurred in the testes of infertile mice, so the mutant mice were named Dspd (Dominant spermiogenesis defect).

通常の交配からは産仔を得ることができず、解析を進めることができないため、精子細胞(spermatid)の核を未受精卵に直接注入するICSI(intracytoplasmic sperm injection)の技術を用いることにした。ICSIは既にヒトにも応用されている生殖補助技術である。完成精子が無くても、伸長精子細胞さえあれば子を得ることができるため、男性不妊の治療に非常に強力な方法であるが、マウスに応用することで不妊変異マウスの維持・継代が可能となる。Dspd変異マウスの異常は減数分裂後の異常であったため、ICSIを適用することで変異を維持し、それに続く解析を行なうことが可能になった。   Since normal mating does not give birth and analysis cannot proceed, we decided to use ICSI (intracytoplasmic sperm injection) technology that directly injects spermatid nuclei into unfertilized eggs. . ICSI is a reproduction assist technology that has already been applied to humans. Even if there is no completed sperm, it is a very powerful method for the treatment of male infertility because it is possible to obtain offspring if there is an elongated sperm cell, but application to mice can maintain and passaging infertile mutant mice It becomes possible. Since the abnormalities of the Dspd mutant mice were postmeiotic abnormalities, it was possible to maintain the mutations by applying ICSI and perform subsequent analysis.

[実験方法]
1.トランスジェニックマウスの作製
ヒトPEG8/IGF2AS cDNA全長(GenBank Accession Number:AB030733) [ Okutsu T, Kuroiwa Y, Kagitani F, Kai M, Aisaka K, Tsutsumi O, KanekoY, Yokomori K, Surani MA, Kohda T, Kaneko-Ishino T, Ishino F. Expression and imprinting status of human PEG8/IGF2AS, a paternally expressed antisense transcript from the IGF2 locus, in Wilms' tumors. J Biochem (Tokyo) 2000; 127: 475-483]をpCAGGS発現ベクターに組み込み、制限酵素Bam HIおよびSal Iで切り出した4.5kbの断片をコンストラクトとして用いた。ニワトリアクチンプロモータおよびCMV−IEエンハンサーの影響下でPEG8/IGF2ASが発現するよう設計されているこのコンストラクトをマウス受精卵(C57BL/6xC3H)F1の雄性前核に注入し、処置受精卵を仮親である偽妊娠雌マウスの卵管に移植した。仮親から産まれた産仔の尾からゲノムDNAを採取し、コンストラクトをプローブとしたサザンハイブリダイゼーションによってトランスジーンの有無を確認し、トランスジェニックマウスを選別した。
[experimental method]
1. Production of transgenic mice Human PEG8 / IGF2AS cDNA Full length (GenBank Accession Number: AB030733) [Okutsu T, Kuroiwa Y, Kagitani F, Kai M, Aisaka K, Tsutsumi O, KanekoY, Yokomori K, Surani MA, Kohda T, Kaneko- Ishino T, Ishino F. Expression and imprinting status of human PEG8 / IGF2AS, a paternally expressed antisense transcript from the IGF2 locus, in Wilms' tumors. J Biochem (Tokyo) 2000; 127: 475-483] is incorporated into the pCAGGS expression vector A 4.5 kb fragment excised with restriction enzymes Bam HI and Sal I was used as a construct. This construct, which is designed to express PEG8 / IGF2AS under the influence of the chick triactin promoter and CMV-IE enhancer, is injected into the male pronucleus of mouse fertilized eggs (C57BL / 6xC3H) F 1 and treated fertilized eggs in foster parents. One pseudopregnant female mouse was transplanted to the fallopian tube. Genomic DNA was collected from the tail of a litter born from a foster parent, the presence or absence of the transgene was confirmed by Southern hybridization using the construct as a probe, and transgenic mice were selected.

2.RT−PCRによるトランスジーンの発現確認
作製したトランスジェニックマウス各系統雄の精巣から、組織(精巣一個)を1mlのISOGEN(Nippon Gene)中でホモジェナイズした。0.2mlのクロロホルムを加え、激しく混和した後、遠心(15,000rpm,10分間,4℃)して、水層(約0.5ml)を回収し、等容のイソプロパノールを加え混和し、遠心後、ペレットを250μlのDEPC処理水に溶解し、0.75mlのISOGEN−LSを加え、上記操作を再度繰り返した。10xDNase buffer,DNaseを加え、室温にて30分間DNase処理を行った。フェノール抽出を2回、クロロホルム抽出を2回行ない、タンパク質を除去した。エタノール沈殿の後100μl DEPC水に溶解した。以上の手順で全RNAを調製した。
2. Confirmation of transgene expression by RT-PCR Tissue (one testis) was homogenized in 1 ml of ISOGEN (Nippon Gene) from the testis of each male strain of the produced transgenic mice. Add 0.2 ml of chloroform and mix vigorously, then centrifuge (15,000 rpm, 10 min, 4 ° C.) to recover the aqueous layer (about 0.5 ml), add an equal volume of isopropanol, mix and centrifuge. Thereafter, the pellet was dissolved in 250 μl of DEPC-treated water, 0.75 ml of ISOGEN-LS was added, and the above operation was repeated again. 10x DNase buffer and DNase were added, and DNase treatment was performed at room temperature for 30 minutes. Phenol extraction was performed twice and chloroform extraction was performed twice to remove proteins. After ethanol precipitation, it was dissolved in 100 μl DEPC water. Total RNA was prepared by the above procedure.

調製したRNAからcDNAを合成し、それを鋳型として下記のプライマーを用いてPEG8/IGF2ASを増幅するPCRを行なうことで、トランスジーンの発現を確認した。cDNAの調製法は SUPERSCRIPT preamplification system(GIBCO BRL)に従った。
PEG8−F:5'-TGGACACACAGCTCTGCTTG-3'(配列番号3)PEG8−R:5'-CCTGGGAATGCTCATTCATG-3'(配列番号4)
CDNA was synthesized from the prepared RNA, and PCR was performed using the following primers as a template to amplify PEG8 / IGF2AS, thereby confirming the expression of the transgene. The preparation method of cDNA followed SUPERSCRIPT preamplification system (GIBCO BRL).
PEG8-F: 5′-TGGAACACAGCTCTGCCTTG-3 ′ (SEQ ID NO: 3) PEG8-R: 5′-CCTGGGGAATGCTCATTCATG-3 ′ (SEQ ID NO: 4)

3.顕微授精
変異マウスから採取した精細胞を保存液(PBS(−)中,7.5%ウシ胎児血清(FBS),7.5%グリセロール)中で凍結保存した。融解後、円形および伸長精子細胞を野生型未受精卵に注入した。48時間培養の後、4〜8細胞胚を偽妊娠させた雌ICRマウスの卵管に移植し、産仔を得た。[ Ogura A, Matsuda J, Asano T, Suzuki O, Yanagimachi R. Mouse oocytes injected with cryopreserved round spermatids can develop into normal offspring. J Assist Reprod Genet 1996; 13: 431-434、Ogura A, Ogonuki N, Inoue K, Mochida K. New microinsemination techniques for laboratory animals. Theriogenology 2003; 59: 87-94]
3. Microinsemination Sperm cells collected from mutant mice were stored frozen in a preservation solution (7.5% fetal bovine serum (FBS), 7.5% glycerol in PBS (-)). After thawing, round and elongated sperm cells were injected into wild type unfertilized eggs. After 48 hours of culture, 4-8 cell embryos were transplanted into the oviducts of pseudo-pregnant female ICR mice to obtain offspring. [Ogura A, Matsuda J, Asano T, Suzuki O, Yanagimachi R. Mouse oocytes injected with cryopreserved round spermatids can develop into normal offspring. J Assist Reprod Genet 1996; 13: 431-434, Ogura A, Ogonuki N, Inoue K, Mochida K. New microinsemination techniques for laboratory animals. Theriogenology 2003; 59: 87-94]

4.ウエスタンブロッティング法によるPEG8/IGF2ASタンパク質の発現確認
ヒスチジンタグを付加したPEG8タンパク質(His−PEG8)を大腸菌内で合成し、Probond Nickel-Chelating Resin(Invitrogen)を用いて精製した。His−PEG8で免疫されたウサギから抗PEG8血清を得た。トランスジェニックマウス各系統の精巣から細胞抽出液(whole cell extract)を調製し、10μgのタンパク質を含む抽出液を10%SDS−ポリアクリルアミドゲルを用いて電気泳動し、泳動されたタンパク質をHybond−P(Amersham)メンブレンに転写した。His−PEG8をポジティブコントロールとして同時に泳動した。メンブレン上のタンパク質と抗PEG8血清を反応させ、ECL ウエスタンブロッティング detection system(Amersham)を用いて可視化した。
4). Confirmation of expression of PEG8 / IGF2AS protein by Western blotting method A histidine-tagged PEG8 protein (His-PEG8) was synthesized in E. coli and purified using Probond Nickel-Chelating Resin (Invitrogen). Anti-PEG8 serum was obtained from rabbits immunized with His-PEG8. A cell extract (whole cell extract) is prepared from the testis of each line of the transgenic mouse, an extract containing 10 μg of protein is electrophoresed using 10% SDS-polyacrylamide gel, and the electrophoresed protein is subjected to Hybond-P. Transferred to (Amersham) membrane. His-PEG8 was run simultaneously as a positive control. The protein on the membrane and anti-PEG8 serum were reacted and visualized using the ECL Western blotting detection system (Amersham).

5.組織形態観察
光学顕微鏡による観察:精巣および精巣上体をBouin’s solution(0.9%ピクリン酸,9%ホルムアルデヒド,5%酢酸)で一晩固定し、70%エタノール中での洗浄の後、定法によりパラフィン包埋した。厚さ3〜4μmの切片を切り出し、キシレン中での脱パラフィン、エタノール溶液系列中での置換の後、ヘマトキシレン−エオジン(H−E)染色を行なった。光学顕微鏡下で15匹のDspd/wt雄マウスを観察し、同様の所見を得た。精子細胞の減少を定量するため、光学顕微鏡で組織切片上の精子細胞数を調べた。ステージI〜VI(ステップ15)とステージVII〜VIII(ステップ16)、それぞれのステージの精細管あたりの精子細胞数を数えた。正常マウスとDspd/wtマウスを3個体ずつ、一個体あたり各ステージ10本ずつの精細管を調べ、精細管あたり精子細胞数の平均値を比較した。
5. Tissue morphology observation Light microscope observation: testis and epididymis were fixed overnight with Bouin's solution (0.9% picric acid, 9% formaldehyde, 5% acetic acid), washed in 70% ethanol, and then routinely Paraffin embedded. Sections having a thickness of 3 to 4 μm were cut out, deparaffinized in xylene, and replaced in an ethanol solution series, followed by hematoxylin-eosin (HE) staining. Fifteen Dspd / wt male mice were observed under an optical microscope, and similar findings were obtained. In order to quantify the decrease in sperm cells, the number of sperm cells on the tissue section was examined with a light microscope. Stages I to VI (step 15) and stages VII to VIII (step 16), the number of sperm cells per seminiferous tubule of each stage was counted. Three normal mice and 10 Dspd / wt mice were examined in 10 tubules per stage, and the average number of sperm cells per seminiferous tube was compared.

透過電子顕微鏡による観察:精巣組織の小片を0.1Mリン酸緩衝液(pH7.3)中2.5%グルタールアルデヒド,2%パラホルムアルデヒド溶液での固定の後、1% オスミウムテトラオキシドで固定した。脱水後、組織をエポン/アラルダイト樹脂に包埋し、超薄切片を作製した。切片を酢酸ウラニル・クエン酸鉛による染色後電子顕微鏡(JEM−1210,JEOL)で観察した。電子顕微鏡で4匹のDspd/wt雄マウスを観察し、同様の所見を得た。   Observation by transmission electron microscope: A small piece of testicular tissue was fixed with 2.5% glutaraldehyde and 2% paraformaldehyde solution in 0.1M phosphate buffer (pH 7.3), and then fixed with 1% osmium tetraoxide. did. After dehydration, the tissue was embedded in Epon / Araldite resin to prepare ultrathin sections. The sections were observed with an electron microscope (JEM-1210, JEOL) after staining with uranyl acetate / lead citrate. Four Dspd / wt male mice were observed with an electron microscope, and similar findings were obtained.

[結果]
ヒトのインプリンティング遺伝子PEG8/IGF2ASの機能を調べるためにトランスジェニックマウスが作製された。PEG8/IGF2ASはWilms 腫瘍発生の原因遺伝子である可能性が示唆されていたが、4系統(1L,11L,16L,19L)作製されたトランスジェニックマウスのいずれにも腫瘍は認められなかった。4系統のうち、1L系統の雄マウスが不妊であった。他の系統のマウスには表現型の異常は認められなかった。各系統の雄の精巣におけるトランスジーンの発現をRT−PCRで調べたところ、全ての系統でPEG8のメッセンジャーRNA(mRNA)レベルでの発現を確認した(図5(C))。1L,11L,19Lは同程度の発現量を示し、16Lではそれらに比べ発現量は少なかった。さらに、抗PEG8血清を用いたウエスタンブロッティング解析の結果、1L,19Lの精巣で、PEG8タンパク質を検出することはできなかった(図5(D))。
[result]
In order to examine the function of the human imprinting gene PEG8 / IGF2AS, transgenic mice were created. PEG8 / IGF2AS was suggested to be a causative gene for Wilms tumor development, but no tumor was observed in any of the 4 transgenic mice (1L, 11L, 16L, 19L). Of the 4 strains, 1L strain male mice were infertile. No other phenotypic abnormalities were found in other strains of mice. When the expression of the transgene in the male testis of each strain was examined by RT-PCR, the expression at the messenger RNA (mRNA) level of PEG8 was confirmed in all strains (FIG. 5 (C)). 1L, 11L, and 19L showed similar expression levels, and 16L had less expression levels than those. Furthermore, as a result of Western blotting analysis using anti-PEG8 serum, PEG8 protein could not be detected in 1L and 19L testis (FIG. 5 (D)).

全ての系統でトランスジーンのmRNAが発現しており、また、ウエスタンブロッティング解析の結果からPEG8がタンパク質として機能しているとは考えにくいことから、1L系統における不妊の原因は、PEG8トランスジーンの発現ではなく、トランスジーンがゲノムに挿入された際に挿入部位の遺伝子を破壊した挿入変異である可能性が高いと考えた。PEG8遺伝子の機能を調べる目的でトランスジェニックマウスを作製したが、哺乳類の精子形成機構解明の為にこのような突然変異マウスは貴重であると考え、挿入変異体である1L系統の解析を進めた。通常交配では1L雄から産仔を得ることができず、系統を維持することができないため、体外受精(IVF:in vitro fertilization)を行なうことを考えたが、精巣上体に精子がほとんどなくIVFは不可能であった。そこで精巣から採取した精子細胞を未受精卵に注入するICSI(intracytoplasmic sperm injection)を行なったところ、これによって産仔を得ることができた。ICSIにより変異を継代し、これに続く解析が可能になった(図5参照)。なお、精子細胞の一例が、独立行政法人 理化学研究所バイオリソースセンターに寄託番号01136として寄託されている。   The transgene mRNA is expressed in all strains, and it is unlikely that PEG8 functions as a protein from the results of Western blotting analysis. Therefore, the cause of infertility in the 1L strain is the expression of PEG8 transgene. Rather, we thought that it was highly likely that the mutation was an insertion mutation that destroyed the gene at the insertion site when the transgene was inserted into the genome. A transgenic mouse was created for the purpose of examining the function of the PEG8 gene. However, in order to elucidate the mechanism of spermatogenesis in mammals, such a mutant mouse was considered valuable, and analysis of the 1L strain, an insertion mutant, was advanced. . In normal mating, pups cannot be obtained from 1L males and the strain cannot be maintained. Therefore, in vitro fertilization (IVF) was considered, but there was almost no sperm in the epididymis and IVF. Was impossible. Therefore, when ICSI (intracytoplasmic sperm injection) was performed, in which sperm cells collected from the testis were injected into unfertilized eggs, pups could be obtained. The mutation was passaged by ICSI, and subsequent analysis became possible (see FIG. 5). An example of sperm cells has been deposited at the RIKEN BioResource Center as deposit number 01136.

トランスジーンを受け継いだTg(+)雄マウスは全て不妊であったが、Tg(+)雌およびTg(−)雄には表現型の異常は認められなかった。変異(トランスジーン)を片アリルに持っていれば不妊となる、すなわち優性の変異であることは興味深い。Tg(+)雌からは通常の交配で産仔を得ることができたが、正常なマウスに比べて一回の出産数が少ない傾向(平均3.0匹,S.D.=1.1,n=12)が見られた。続いて、不妊の原因をより詳細に調べるため精巣組織の形態観察を行なったところ、精子形態形成過程(spermiogenesis)での異常が明らかになった。そこで、この変異をDspdと命名した。Dspdマウスの精巣および精巣上体の組織像を図6に示した。   All Tg (+) male mice that inherited the transgene were infertile, but no phenotypic abnormalities were observed in Tg (+) females and Tg (-) males. Interestingly, if you have a mutation (transgene) in one allele, you will be infertile, that is, a dominant mutation. From Tg (+) females, pups could be obtained by normal mating, but there was a tendency that the number of single births was smaller than that of normal mice (3.0 on average, SD = 1.1). , N = 12). Subsequent observation of the morphology of the testis tissue in order to investigate the cause of infertility in more detail revealed an abnormality in the spermogenesis process. Therefore, this mutation was named Dspd. The histological images of the testis and epididymis of Dspd mice are shown in FIG.

Dspdマウス(Dspd/wt)精巣では円形精子細胞(round spermatid)は正常であったが、伸長精子細胞(elongated spermatid)の数が減少しており、伸長精子細胞の配列も乱れていた。セルトリ細胞の形態が乱れており、精上皮中に空隙が見られるものもあった。精細管(ステージI〜VI)あたりのステップ15伸長精子細胞の数は正常個体のおよそ30%であった。伸長精子細胞の大部分が異常な形態の核(頭部)を持っていた。精上皮の最も管腔側に位置したステップ16精子細胞は著しく減少していた。精細管(ステージVII〜VIII)あたりのステップ16精子細胞の数は正常個体の7%であった。精上皮中には多核の精子細胞も散見された。ライディッヒ細胞(Leydig cell)は形態的には正常であった。精巣上体尾部の観察では、正常マウス(wt/wt)の精巣上体管が完成精子で満たされていたのに対して、変異マウスの精巣上体管にはほとんど精子が見られず、また数少ない精子の頭部も形態異常を示していた。興味深いことに精巣上体には未成熟な精子細胞の残骸が多く見られた。これは精上皮から剥離(exfoliation)した精子細胞が精巣上体に流れてきたものと思われる。   In Dspd mice (Dspd / wt) testis, round spermatids were normal, but the number of elongated spermatids was reduced, and the sequence of elongated sperm cells was also disturbed. In some cases, the Sertoli cell morphology was disordered and voids were found in the seminiferous epithelium. The number of step 15 elongated sperm cells per seminiferous tubule (stages I-VI) was approximately 30% of normal individuals. Most of the elongated sperm cells had an abnormally shaped nucleus (head). Step 16 sperm cells located on the most luminal side of the seminiferous epithelium were markedly reduced. The number of step 16 sperm cells per seminiferous tubule (stages VII-VIII) was 7% of normal individuals. Multinucleated sperm cells were also found in the seminiferous epithelium. Leydig cells were morphologically normal. In the observation of the epididymis tail, the epididymal duct of normal mice (wt / wt) was filled with the finished sperm, whereas the epididymal duct of the mutant mouse showed almost no sperm, The few sperm heads also showed morphological abnormalities. Interestingly, there were many remnants of immature sperm cells in the epididymis. This is probably because sperm cells exfoliated from the seminiferous epithelium flowed into the epididymis.

精子細胞の精上皮からの剥離は、電子顕微鏡観察によってより明らかになった(図7参照)。未成熟な精子細胞が精上皮からはがれ、管腔に遊離している像が得られた。遊離した伸長精子細胞は異常な形態の核を持っており、いくつかの細胞はおそらくセルトリ細胞のものと思われる細胞質を伴って上皮からはがれていた。少数の円形精子細胞も管腔に遊離している像が見られたが、これらは形態的には正常であった。これらの観察結果から、Dspdマウスの精巣では、伸長精子細胞が完成精子に向かって成熟していく過程で、多くの細胞が精上皮からはく離してしまい、結果として完成精子数の著しい減少が起こっていると考えられる。精子細胞の奇形と精上皮からのはく離は、エストロジェン化合物であるE2B(beta-estradiol 3-benzoate)を投与されたマウスに見られる現象である(非特許文献9参照)。同様な現象が、やはりエストロジェン作用を持つ化合物であるBPA(bisphenol A)投与マウスにも見られる。E2B投与マウスのセルトリ細胞では、セルトリ−精子細胞特殊接合装置(Sertoli-spermatid ectoplasmic specialization;ES)と呼ばれる精子細胞との結合構造に異常が生じており、それが精子細胞の形態異常や精上皮からのはく離につながっていると考えられている。Dspdマウスの精巣組織像がE2B投与マウスのそれと類似していたことからES構造の異常が疑われた。電子顕微鏡観察によって変異マウスのES構造を調べたところ、アクチン層が全くないもの、一部欠損したもの、アクチン繊維の配列が異常なもの等が認められた(図7参照)。これはE2B投与マウスと同様な現象がこの変異マウスで起こっていることを示唆している。エストロジェン投与によってES構造が障害を受ける機構は現在のところ全く分かっておらず、Dspdマウスの解析がこの機構の解明に寄与する可能性がある。   The detachment of sperm cells from the sperm epithelium became more apparent by observation with an electron microscope (see FIG. 7). An image was obtained in which immature sperm cells were detached from the seminiferous epithelium and released into the lumen. The released elongated sperm cells had an abnormally shaped nucleus, and some cells were detached from the epithelium with a cytoplasm presumably of Sertoli cells. A small number of round sperm cells were also released in the lumen, but these were morphologically normal. From these observation results, in the testes of Dspd mice, many cells were detached from the seminiferous epithelium during the process of elongating sperm cells toward mature sperm, resulting in a marked decrease in the number of completed sperm. It is thought that. Sperm cell malformation and detachment from the seminiferous epithelium are phenomena observed in mice administered with E2B (beta-estradiol 3-benzoate), an estrogen compound (see Non-Patent Document 9). A similar phenomenon is also observed in mice administered with BPA (bisphenol A), which is a compound having an estrogenic action. In Sertoli cells of E2B-administered mice, there is an abnormality in the binding structure with sperm cells called Sertoli-spermatid ectoplasmic specialization (ES), which is caused by abnormal sperm cell morphology or sperm epithelium. It is thought that this has led to separation. Since the testicular tissue image of Dspd mice was similar to that of E2B-treated mice, abnormalities in ES structure were suspected. When the ES structure of the mutant mice was examined by electron microscopic observation, those having no actin layer, those partially lacking, those having an abnormal arrangement of actin fibers, etc. were observed (see FIG. 7). This suggests that a phenomenon similar to that in the E2B-administered mouse occurs in this mutant mouse. The mechanism by which ES structure is damaged by estrogen administration is currently unknown at all, and analysis of Dspd mice may contribute to elucidation of this mechanism.

(Dspdマウスのゲノム解析)
通常、遺伝学的にゲノム上の変異部位を同定(マッピング)するためには、1)変異マウスを正常マウスと交配し、2)表現型を受け継いだ子孫を選別し、3)多型マーカーなどを利用してゲノムのどの部分を変異マウスから受け継いだか調べる、という手順を何世代も繰り返す必要がある。SNPsなどゲノム配列の情報が整備されたことで、従来よりも非常に精度の高いマッピングが可能となったとはいえ、マウスは妊娠期間がおよそ20日、繁殖年齢に達するまでにおよそ2ヶ月かかるため、上記の一サイクルには少なくとも3ヶ月が必要で、この方法には多くの時間を要する。またDspdのような不妊変異にはこのような解析を行なうことは難しい。点突然変異はこのような方法で変異部位を同定するしかないが、それに対して挿入変異の場合には、外来DNA配列をタグとして利用し、一世代(一個体)から比較的短時間で変異部位を同定できるという大きな利点がある。
(Genomic analysis of Dspd mice)
Usually, to genetically identify (map) the mutation site in the genome, 1) cross the mutant mouse with a normal mouse, 2) select the offspring that inherited the phenotype, 3) polymorphic markers, etc. It is necessary to repeat generations of the procedure of examining which part of the genome has been inherited from a mutant mouse by using. Although the genome sequence information such as SNPs has been improved, mapping with a much higher accuracy than before has become possible, but the mouse has a gestation period of about 20 days and takes about two months to reach the breeding age. The above cycle requires at least 3 months, and this method takes a lot of time. In addition, it is difficult to perform such analysis for infertility mutations such as Dspd. Point mutations can only be identified by such a method, but in the case of insertion mutations, foreign DNA sequences are used as tags and mutations are made in a relatively short time from one generation (one individual). There is a great advantage that the site can be identified.

おおまかに変異部位を同定するため、まずFISH(fluorescein in situ hybridization)法によって、どの染色体上にトランスジーンが挿入されているのかを調べた。続いてトランスジーンの配列をプローブとして、ゲノムライブラリーから変異部位を含むクローンを得、トランスジーンに隣接する配列から変異部位を同定した。先に述べたように、挿入変異はしばしば染色体転座や欠失など大規模なゲノムの異常を伴う。中西らは、作製したGFPトランスジェニックマウス系統の約5%に染色体の転座が見られたことを報告している[ Nakanishi T, Kuroiwa A, Yamada S, Isotani A, Yamashita A, Tairaka A, Hayashi T, Takagi T, Ikawa M, Matsuda Y, Okabe M. FISH analysis of 142 EGFP transgene integration sites into the mouse genome. Genomics 2002; 80: 564-574]。このような染色体転座はしばしば大規模なゲノムの欠失を伴う。従来、特に大規模なゲノムの欠失を解析するのは容易ではなかったが、SNPsを用いることで、比較的容易に欠失の大きさを決定することができるようになった。そこで変異部位に生じたゲノムの欠失の大きさを一塩基多型(single nucleotide polymorphisms;SNPs)の情報が含まれたCelera Genomics社のゲノムデータベースを用いて解析した。   In order to roughly identify the mutation site, first, the chromosome on which the transgene was inserted was examined by FISH (fluorescein in situ hybridization). Subsequently, using the transgene sequence as a probe, a clone containing the mutation site was obtained from the genomic library, and the mutation site was identified from the sequence adjacent to the transgene. As mentioned earlier, insertional mutations are often accompanied by large genomic abnormalities such as chromosomal translocations and deletions. Nakanishi et al. Reported that chromosomal translocation was observed in about 5% of the GFP transgenic mouse strains [Nakanishi T, Kuroiwa A, Yamada S, Isotani A, Yamashita A, Tairaka A, Hayashi. T, Takagi T, Ikawa M, Matsuda Y, Okabe M. FISH analysis of 142 EGFP transgene integration sites into the mouse genome. Genomics 2002; 80: 564-574]. Such chromosomal translocations are often accompanied by large-scale genomic deletions. Conventionally, it has not been easy to analyze particularly large-scale genomic deletions, but it has become possible to determine the size of deletions relatively easily by using SNPs. Therefore, the size of the genomic deletion that occurred at the mutation site was analyzed using the genome database of Celera Genomics, which contains information on single nucleotide polymorphisms (SNPs).

[実験方法]
1.FISH解析
トランスジーン全長をプローブとしてFISH解析を行なった。Tg(+)のF1雄とF3雌を一匹ずつ、計2個体を解析した。
[experimental method]
1. FISH analysis FISH analysis was performed using the full length of the transgene as a probe. Two Tg (+) F 1 males and one F 3 female were analyzed, for a total of 2 individuals.

2.ゲノミックライブラリーのスクリーニング
Dspdマウスから採取したゲノムDNAを制限酵素Sau3AIで部分消化した後、コスミドベクターSupercos I(Stratagene)とライゲーションした。その産物をGigapack III XL(Stratagene)を用いてパッケージングし、大腸菌XL1−Blueに感染させた。このように作製したコスミドライブラリーを、PEG8 cDNAをプローブとしてスクリーニングした。
2. Screening of genomic library Genomic DNA collected from Dspd mice was partially digested with restriction enzyme Sau3AI and then ligated with cosmid vector Supercos I (Stratagene). The product was packaged using Gigapack III XL (Stratagene) and infected with E. coli XL1-Blue. The cosmid library thus prepared was screened using PEG8 cDNA as a probe.

3.SNPsを用いたゲノム欠失領域の解析
Dspd変異を持つ(C57BL/6xDBA2)F1マウスを、ICSIによって作製した。得られたF1マウス(Tg(+),Tg(−)それぞれ3匹ずつ)からゲノムDNAを採取し、DBA2とC57BL/6の間に多型のある配列をPCRで増幅し、PCR産物の配列をdirect sequencing法で読むことで多型の有無を確認した。マウス系統間の多型情報はCelera Genomics社のデータベース(Celera Discovery System, Celera Genomics, HYPERLINK http://www.celera.com/ http://www.celera.com/)から得た。解析に使用した多型の名称(mCV---)とプライマー配列は以下の通り。
7番染色体
mCV24660825:
5'-CATGGGACTGTGATGGTAAC-3'(配列番号5),5'-GCATGTGTATCTGCTCAAGG-3' (配列番号6)
mCV24854750:
5'-ACACGCAGATGCTCTGTAG-3'(配列番号7),5'-ATGTATCTAACAGTGAAGGCC-3'(配列番号8)
mCV23705239
5'-GAAGCATGCAAACACAGC-3'(配列番号9),5'-GTAAAGTCTGTGGTGCAGTG-3'(配列番号10)
mCV22810840:
5'-GCTGCTTTGACTTCTGCTC-3'(配列番号11),5'-AACTCTCCCAGGTTTGTT-3'(配列番号12)
mCV24856115:
5'-CCATGTATCAAAGCCAGG-3'(配列番号13),5'-GATCTGTCATTGA GTGTACCC-3'(配列番号14);
mCV24317904:
5'-TCGGAGCAGTAACTCTGTG-3'(配列番号15),5'-GGAGTACAGGTACTGCAGG-3'(配列番号16)
mCV22532403:
5'-GCAGGAGGTCACACTAAGC-3'(配列番号17),5'-AGTAAATGCAGAAATAGCTGG-3'(配列番号18)
mCV22989836:
5'-CCAAGGTTTCCAACAAAAG-3'(配列番号19),5'-ACCACCACCTATGTGATCAG-3'(配列番号20)
14番染色体
mCV24975960:
5'-CAACTGTGTCACAGTATGG-3'(配列番号21),5'-GGTTTCTGGTGATTGTGG-3'(配列番号22);
mCV22764767:
5'-CTCCTGCTGTGATTGATCTC-3'(配列番号23),5'-TGCAGAGGATGAAAGATTGG-3'(配列番号24);
mCV24986264:
5'-TGTGCACACTGTAACAAACC-3'(配列番号25),5'-GCACTGTTTTGCATTGTTCC-3'(配列番号26);
mCV24616564:
5'-CTGCAGCCATAAAACTTCC-3'(配列番号27),5'-CAAGGGTCTTTATCACCAC-3'(配列番号28);
mCV23859822:
5'-TTCAGGTTGCTTGTAAGCC-3'(配列番号29),5'-TAAGCAGGAGTGA TTGCTG-3'(配列番号30)
3. Analysis of genomic deletion region using SNPs (C57BL / 6xDBA2) F 1 mice with Dspd mutation were generated by ICSI. Genomic DNA was collected from the obtained F 1 mice (3 each of Tg (+) and Tg (−)), and a sequence having a polymorphism between DBA2 and C57BL / 6 was amplified by PCR, and the PCR product The presence or absence of the polymorphism was confirmed by reading the sequence by the direct sequencing method. Polymorphism information between mouse strains was obtained from Celera Genomics database (Celera Discovery System, Celera Genomics, HYPERLINK http://www.celera.com/ http://www.celera.com/ ). The polymorphism names (mCV ---) and primer sequences used in the analysis are as follows.
Chromosome 7 mCV24660825:
5′-CATGGGGACTGTGATGGTAC-3 ′ (SEQ ID NO: 5), 5′-GCATGTGTATCTGCTCCAAGG-3 ′ (SEQ ID NO: 6)
mCV24854750:
5'-ACACCGCAGATCCTCTTGTAG-3 '(SEQ ID NO: 7), 5'-ATGTATCTAACAGTGAAGGC-3' (SEQ ID NO: 8)
mCV2370239
5′-GAAGCATGCAAAACACAGC-3 ′ (SEQ ID NO: 9), 5′-GTAAAGTCTGTGGTGCAGTG-3 ′ (SEQ ID NO: 10)
mCV2810840:
5′-GCTGCTTTGAACTTCGCTC-3 ′ (SEQ ID NO: 11), 5′-AACTCTCCCAGGTTTGTT-3 ′ (SEQ ID NO: 12)
mCV24856115:
5′-CCATGTATCAAAGCCCAGG-3 ′ (SEQ ID NO: 13), 5′-GATCTGTCATTGA GTGTACCC-3 ′ (SEQ ID NO: 14);
mCV243317904:
5'-TCGGAGCAGTAACTCTTGTG-3 '(SEQ ID NO: 15), 5'-GGAGTACAGGTACTGCAGGG-3' (SEQ ID NO: 16)
mCV22532403:
5′-GCAGGAGGTCACCACTAGAG-3 ′ (SEQ ID NO: 17), 5′-AGTAAATGCAGAAAATAGCTG-3 ′ (SEQ ID NO: 18)
mCV 22989836:
5′-CCAAGGTTTCCAACAAAAG-3 ′ (SEQ ID NO: 19), 5′-ACCACCACCCTATGTGATCAG-3 ′ (SEQ ID NO: 20)
Chromosome 14 mCV24975960:
5′-CAACTGTGTCACAGTATGG-3 ′ (SEQ ID NO: 21), 5′-GGTTTCTGGTGATTGTGG-3 ′ (SEQ ID NO: 22);
mCV22764767:
5′-CTCCCTGCTGTGATTGATCTC-3 ′ (SEQ ID NO: 23), 5′-TGCAGAGGATGAAAGATTGG-3 ′ (SEQ ID NO: 24);
mCV249986264:
5'-TGTGCACACTGTTAACAAACC-3 '(SEQ ID NO: 25), 5'-GCACTGTTTTGCATTTGTCC-3' (SEQ ID NO: 26);
mCV24616564:
5'-CTGCAGCCATAAAACTTCC-3 '(SEQ ID NO: 27), 5'-CAAGGGTCTTTATCACCAC-3' (SEQ ID NO: 28);
mCV23859822:
5'-TTCAGGTTGCCTTGTAAGCC-3 '(SEQ ID NO: 29), 5'-TAAGCAGGAGGTGATCTG-3' (SEQ ID NO: 30)

[結果]
FISH解析の結果、Dspdマウスの染色体には転座が起こっていることが明らかになった。7番染色体のテロメア近傍に14番染色体のC−E領域が結合した長い融合染色体と、14番染色体の近位部を含んだ短い染色体が観察された。トランスジーンは融合染色体の7番と14番の結合部に挿入されていた(図8(A))。調べた2個体(F1とF3各一個体)は同じ核型であった。このことは転座の結果生じた2本の異常染色体が対になって遺伝していることを示唆している。前章で述べた、Dspd変異を持つ雌の一回の出産数が少ない傾向(平均3.0匹)は、減数分裂時の異常染色体の組み合わせによって発生しない卵ができてしまうことによる可能性が高い。ゲノミックライブラリーから単離したトランスジーンに隣接する配列は7番染色体と14番染色体にマップされた。これはFISHの結果と矛盾しない。続いて、トランスジーン挿入部位にゲノムの欠失が起こっているかどうかを調べるために2つのマウス系統(C57BL/6とDBA2)間のSNPsを用いてアリルの有無を調べた。SNPsのマッピング情報と名称はCelera genomics社のデータベースに基づいた。SNPs解析の結果を図8(B)にまとめた。
[result]
As a result of FISH analysis, it was revealed that translocation occurred in the chromosome of Dspd mice. A long fused chromosome in which the CE region of chromosome 14 was bound near the telomere of chromosome 7 and a short chromosome containing the proximal portion of chromosome 14 were observed. The transgene was inserted at the junctions of fusion chromosomes 7 and 14 (FIG. 8A). The two individuals examined ( one each of F 1 and F 3 ) had the same karyotype. This suggests that two abnormal chromosomes resulting from the translocation are inherited in pairs. The tendency for the number of females with a single Dspd mutation to be small as mentioned in the previous chapter (average: 3.0) is likely due to the formation of eggs that do not occur due to abnormal chromosome combinations during meiosis. . Sequences flanking the transgene isolated from the genomic library were mapped to chromosomes 7 and 14. This is consistent with the FISH results. Subsequently, in order to examine whether or not a genomic deletion occurred at the transgene insertion site, the presence or absence of allele was examined using SNPs between two mouse strains (C57BL / 6 and DBA2). The mapping information and names of SNPs were based on the Celera genomics database. The results of the SNPs analysis are summarized in FIG.

14番染色体については、調べた全てのマーカーについて、C57BL/6(B6)とDBA2(D2)両方のアリルを検出した。トランスジーンとマウスゲノムの結合部(Tg-genome ジャンクション)から、最も近いマーカーであるmCV24616564までの物理的距離はおよそ1メガベース(Mb)である。これはこの領域に1Mbを超える欠失は生じていないことを示している。従って、最も近くにマップされている遺伝子Sftpdは両アリルとも揃っている。Tg-genomeジャンクションからmCV24616564までの1Mbは現在のところ解析できていない。これはこの領域が反復配列を多く含んでおり、ゲノム配列が未完成であることによる。しかし、この領域のドラフト配列を調べた結果から、機能を持った遺伝子がある可能性は低いと考えている。一方で7番染色体の変異部位では、Tg-genomeジャンクションよりも遠位側(テロメア側)ではD2アリルのみが検出された。ジャンクションよりも近位側にある遺伝子Dhcr7近傍のマーカーでは両アリルが検出された。mCV24854750からmCV22532403までの全てのマーカーではB6アリル(すなわち転座が生じている異常アリル)の欠失が起こっていた。ジャンクションからmCV22532403(欠失している最も遠いマーカー)までの距離はおよそ1.2Mbである。よりテロメア寄りのマーカーmCV22989836で再びB6アリルを検出した。これは7番染色体の、ジャンクションからmCV22532403までの1Mbを超える領域が欠失していることを示している。mCV22532403とmCV22989836の間には遺伝子はマップされていない。これらのデータからDspdマウスの変異部位を図9にまとめた。7番染色体はトランスジーンを介して14番染色体C−E領域と結合している。14番染色体近位部は7番染色体のテロメアと結合していると思われる。7番染色体テロメア近傍の1Mbを越える領域が欠失している。14番染色体には少なくとも1Mbよりも大きな欠失は見られない。   For chromosome 14, all C57BL / 6 (B6) and DBA2 (D2) alleles were detected for all markers examined. The physical distance from the junction of the transgene and mouse genome (Tg-genome junction) to the nearest marker, mCV24616564, is approximately 1 megabase (Mb). This indicates that no deletion of more than 1 Mb has occurred in this region. Thus, the closest mapped gene Sftpd is aligned with both alleles. 1 Mb from Tg-genome junction to mCV24616564 cannot be analyzed at present. This is because this region contains many repetitive sequences and the genome sequence is incomplete. However, based on the results of examining the draft sequence of this region, it is unlikely that there is a functioning gene. On the other hand, at the mutation site of chromosome 7, only D2 allele was detected on the distal side (telomere side) from the Tg-genome junction. Both alleles were detected in the marker in the vicinity of the gene Dhcr7 located on the proximal side of the junction. All markers from mCV24854750 to mCV22532403 had a deletion of the B6 allele (ie, the abnormal allele in which the translocation occurred). The distance from the junction to mCV22532403 (the furthest marker missing) is approximately 1.2 Mb. B6 allele was detected again with the marker mCV22989836 closer to the telomere. This indicates that the region exceeding 1 Mb from the junction to mCV22532403 is deleted on chromosome 7. No gene is mapped between mCV22532403 and mCV22989836. Based on these data, mutation sites in Dspd mice are summarized in FIG. Chromosome 7 is linked to the chromosome 14 region through the transgene. The proximal part of chromosome 14 appears to be associated with the telomere of chromosome 7. The region exceeding 1 Mb in the vicinity of chromosome 7 telomere is deleted. No deletion larger than at least 1 Mb is found on chromosome 14.

7番染色体の欠失領域には6個の既知遺伝子(Cttn,Fadd,Fgf3,Fgf4,Fgf15,Ccnd1)と、少なくとも5個の機能未知遺伝子(LOC233977,AU040576,2210010N10Rik,BC025890,BC019711)が存在する。既知の遺伝子のうち、Cttnを除く5個の遺伝子(Fadd,Fgf3,Fgf4,Fgf15,Ccnd1)についてはノックアウトマウスの報告があり、精子形成に関する異常は報告されていない[Yeh WC, Pompa JL, McCurrach ME, Shu HB, Elia AJ, Shahinian A, Ng M, Wakeham A, Khoo W, Mitchell K, El-Deiry WS, Lowe SW, Goeddel DV, Mak TW. FADD: essential for embryo development and signaling from some, but not all, inducers of apoptosis. Science 1998; 279: 1954-1958、Zhang J, Cado D, Chen A, Kabra NH, Winoto A. Fas-mediated apoptosis and activation-induced T-cell proliferation are defective in mice lacking FADD/Mort1. Nature 1998; 392: 296-300、Mansour SL, Goddard JM, Capecchi MR. Mice homozygous for a targeted disruption of the proto-oncogene int-2 have developmental defects in the tail and inner ear. Development 1993; 117: 13-28、Moon AM, Boulet AM, Capecchi MR. Normal limb development in conditional mutants of Fgf4. Development 2000; 127: 989-996、Ornitz DM, Itoh N. Fibroblast growth factors. Genome Biol 2001; 2: REVIEWS3005、Sicinski P, Donaher JL, Parker SB, Li T, Fazeli A, Gardner H, Haslam SZ, Bronson RT, Elledge SJ, Weinberg RA. Cyclin D1 provides a link between development and oncogenesis in the retina and breast. Cell 1995; 82: 621-630](表1参照)。   In the deletion region of chromosome 7, there are 6 known genes (Cttn, Fadd, Fgf3, Fgf4, Fgf15, Ccnd1) and at least 5 function unknown genes (LOC2339777, AU040576, 2210010N10Rik, BC025890, BC019711) . Among the known genes, five genes except for Cttn (Fadd, Fgf3, Fgf4, Fgf15, Ccnd1) have been reported in knockout mice, and no abnormality related to spermatogenesis has been reported [Yeh WC, Pompa JL, McCurrach ME, Shu HB, Elia AJ, Shahinian A, Ng M, Wakeham A, Khoo W, Mitchell K, El-Deiry WS, Lowe SW, Goeddel DV, Mak TW.FADD: essential for embryo development and signaling from some, but not Science 1998; 279: 1954-1958, Zhang J, Cado D, Chen A, Kabra NH, Winoto A. Fas-mediated apoptosis and activation-induced T-cell proliferation are defective in mice lacking FADD / Mort1 Nature 1998; 392: 296-300, Mansour SL, Goddard JM, Capecchi MR.Mice homozygous for a targeted disruption of the proto-oncogene int-2 have developmental defects in the tail and inner ear.Development 1993; 117: 13- 28 、 Moon AM, Boulet AM, Capecchi MR.Normal limb development in conditional mutants of Fgf4.Development 2000; 127: 989-996, Ornitz DM, Itoh N. Fibroblast growth factors.Genome Biol 2001; 2: REVIEWS3005, Sicinski P, Donaher JL, Parker SB, Li T, Fazeli A, Gardner H, Haslam SZ Bronson RT, Elledge SJ, Weinberg RA. Cyclin D1 provides a link between development and oncogenesis in the retina and breast. Cell 1995; 82: 621-630] (see Table 1).

したがってこれらの5遺伝子の欠失は、少なくともそれぞれ単独では、Dspdの表現型を説明できない。しかし、複数の遺伝子の欠失が組み合わされて精子形成異常を引き起こす可能性は否定できない。Fadd,Fgf4,Fgf15のホモ変異マウスは胎児期に致死(但しヘテロでは異常なし)であることが報告されていることから、Dspdのホモ変異体は、もし作られたとすると、胎児期致死であることが予想される。他の5個の機能未知遺伝子が表現型に寄与している可能性は現在のところ排除できない。これらのなかで、アミノ酸配列から、LOC233977はレセプタータイプのprotein tyrosine phosphatase、BC025890は膜6回貫通型のイオンチャンネルタンパク質、BC019711はGタンパク質共役受容体であると予想された。欠失が見られたマウス7番染色体遠位部はヒト11番染色体長腕(11q13)と相同性が高く、遺伝子の配列もほぼ完全に保存されている。従って、ヒトでも11q13の欠失によって、Dspdマウスと同様の組み合わせで遺伝子の欠失が起こり得る。しかし、現在までに11q13とヒトの男性不妊の関連は報告されていない。Dspdの表現型の責任遺伝子として、様々な可能性が残されているものの、その局在と予想される機能からCttn遺伝子が最も有力な候補であると考えられる。Cttnはアクチン結合タンパク質であるコートアクチンをコードしている。コートアクチンは細胞内からのリン酸化シグナルを受け取って、アクチン細胞骨格の制御を行なうタンパク質であると考えられている。   Therefore, these 5 gene deletions, at least alone, cannot explain the Dspd phenotype. However, it cannot be denied that the deletion of multiple genes may cause spermatogenesis abnormalities. Fdd, Fgf4, and Fgf15 homozygous mutant mice have been reported to be lethal during fetal life (but no abnormality in heterozygosity), so the Dspd homozygous mutant, if made, is fetal lethal It is expected that. The possibility that the other five unknown genes contribute to the phenotype cannot be excluded at present. Among these, from the amino acid sequence, it was predicted that LOC2339797 is a receptor type protein tyrosine phosphatase, BC025890 is a six-transmembrane ion channel protein, and BC0197711 is a G protein coupled receptor. The distal part of mouse chromosome 7 where deletion was observed has high homology with the long arm of human chromosome 11 (11q13), and the gene sequence is almost completely preserved. Therefore, even in humans, deletion of 11q13 can cause gene deletion in the same combination as in Dspd mice. However, no association between 11q13 and human male infertility has been reported to date. Although various possibilities remain as responsible genes for the Dspd phenotype, the Cttn gene is considered to be the most promising candidate because of its localization and expected function. Cttn encodes coat actin which is an actin binding protein. Coat actin is considered to be a protein that receives a phosphorylation signal from the cell and controls the actin cytoskeleton.

(Dspdマウスで片アリル欠失していたコートアクチンの解析)
Dspdマウスにおいて片アリルの欠失が見られたCttn遺伝子とその産物であるコートアクチンタンパク質について解析した。また、ラット精巣においてコートアクチンが精子細胞周辺に局在しているという報告[Chapin RE, Wine RN, Harris MW, Borchers CH, Haseman JK. Structure and control of a cell-cell adhesion complex associated with spermiation in rat seminiferous epithelium. J Androl 2001; 22: 1030-1052]があり、コートアクチンがDspdの原因遺伝子として有力な候補であると考えられた。また電子顕微鏡での表現型解析からDspdマウスではセルトリ細胞と精子細胞の相互作用に異常が起こっていると考えられ、そのことから考えてもアクチン細胞骨格の制御因子であるコートアクチンが関与している可能性が高い。そこで、まずReal−timeRT−PCR法およびウエスタンブロッティング法で、マウス精巣におけるCttn遺伝子とコートアクチンタンパク質の発現量を定量した。次にマウス精巣におけるコートアクチンタンパク質とアクチンの局在を調べ、正常マウスとDspdマウスを比較した。
(Analysis of coat actin in which one allele was deleted in Dspd mouse)
The Cttn gene in which deletion of a single allele was observed in Dspd mice and its coat actin protein were analyzed. In addition, it has been reported that coat actin is localized around sperm cells in rat testis [Chapin RE, Wine RN, Harris MW, Borchers CH, Haseman JK. Structure and control of a cell-cell adhesion complex associated with spermiation in rat seminiferous epithelium. J Androl 2001; 22: 1030-1052], and coat actin was considered to be a strong candidate as a causative gene for Dspd. From the phenotypic analysis by electron microscope, it is considered that the interaction between Sertoli cells and sperm cells is abnormal in Dspd mice, and from this, coat actin, which is a regulator of the actin cytoskeleton, is involved. There is a high possibility. Therefore, first, the expression levels of Cttn gene and coat actin protein in mouse testis were quantified by Real-time RT-PCR method and Western blotting method. Next, the localization of coat actin protein and actin in the mouse testis was examined, and normal mice and Dspd mice were compared.

[実験方法]
1.リアルタイムRT−PCR
実施例1記載の方法で精巣からRNAを抽出し、全RNAからcDNAを合成した。ABI PRISM 7700システムを使用して下記の手順でRT−PCRをおこない、得られた増幅曲線からcDNAサンプル中のCttnおよびDhcr7のコピー数を計算した。内部コントロールとしてGapdhを用いた。
[experimental method]
1. Real-time RT-PCR
RNA was extracted from the testis by the method described in Example 1, and cDNA was synthesized from the total RNA. RT-PCR was performed by the following procedure using ABI PRISM 7700 system, and the copy number of Cttn and Dhcr7 in the cDNA sample was calculated from the obtained amplification curve. Gapdh was used as an internal control.

生後10週齢のTg(+)(Dspd/wt)2個体とTg(−)(wt/wt)4個体を解析した。一個体あたりCttn,Dhcr7とGapdhそれぞれ4回の測定を行い、Cttn,Dhcr7の測定値(コピー数)をGapdhの測定値(コピー数)の平均値で除した。正常マウスの一匹(wt/wt_1)の発現量を1とし、各個体の相対値をグラフに示した。各個体のCttn/Gapdh値(相対値)から、等分散を仮定したunpaired t-test(有意水準0.01)によってDspd/wtとwt/wtの有意差を検定した。   Two Tg (+) (Dspd / wt) individuals and 10 Tg (−) (wt / wt) individuals at 10 weeks of age were analyzed. Cttn, Dhcr7 and Gapdh were measured four times per individual, and the measured value (copy number) of Cttn and Dhcr7 was divided by the average value of the measured value (copy number) of Gapdh. The expression level of one normal mouse (wt / wt_1) was taken as 1, and the relative value of each individual was shown in the graph. From the Cttn / Gapdh value (relative value) of each individual, a significant difference between Dspd / wt and wt / wt was tested by an unpaired t-test (significance level 0.01) assuming equal variance.

2.リアルタイムPCR(ABI PRISM 7700 Sequence Detector使用)
(1)スタンダードDNA(Cttn,Gapd)の希釈系列(2×105、2×104、2×103、2×102、2×101 copy/μl)を作製した。(スタンダードDNAは、PCR産物をTAクローニングしたプラスミドDNAを、セシウム密度勾配遠心法で精製したものを使用した。)
(2)調製したcDNAを1ng/μlに希釈した。
(3)反応液調製:鋳型5μl(従って、スタンダードDNAは反応あたり106、105、104、103、102コピー、cDNAは5ngとなる。)、プライマー(100pmol/μl)各0.125μl、SYBR Green PCR Master Mix(Applied Biosystems)12.5μl、超純水7.5μl
(4)95℃で10分間変性し、95℃で15秒間、65℃で30秒間、72℃で1分間を40サイクル繰り返す条件でPCRを行ない、増幅曲線を得た。
使用プライマー
Cttn_F:5'-TCTTGGACCTGCTCATGAC-3'(配列番号31)
Cttn_R:5'-GCATTGATCCTCATGTATCCC-3' (配列番号32)
Dhcr7_F:5’−AGAACGTATCACCAGTCAGTGG−3’ (配列番号33)
Dhcr7_R:5’−CCTGCAAGGCTAAGATAAGCC−3’ (配列番号34)
Gapdh_F:5'-CACTCTTCCACCTTCGATGC-3' (配列番号35)
Gapdh_R:5'-CTCTTGCTCAGTGTCCTTGC-3' (配列番号36)
2. Real-time PCR (using ABI PRISM 7700 Sequence Detector)
(1) A dilution series (2 × 10 5 , 2 × 10 4 , 2 × 10 3 , 2 × 10 2 , 2 × 10 1 copy / μl) of standard DNA (Cttn, Gapd) was prepared. (The standard DNA used was a plasmid DNA obtained by TA cloning the PCR product and purified by cesium density gradient centrifugation.)
(2) The prepared cDNA was diluted to 1 ng / μl.
(3) Reaction solution preparation: 5 μl of template (therefore, standard DNA is 10 6 , 10 5 , 10 4 , 10 3 , 10 2 copies, cDNA is 5 ng), primer (100 pmol / μl) each 0. 125 μl, SYBR Green PCR Master Mix (Applied Biosystems) 12.5 μl, ultrapure water 7.5 μl
(4) Denaturation was carried out at 95 ° C. for 10 minutes, and PCR was carried out under the conditions of repeating 40 cycles of 95 ° C. for 15 seconds, 65 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 1 minute to obtain an amplification curve.
Primer used Cttn_F: 5′-TCTGTGACCCTCTCATGAC-3 ′ (SEQ ID NO: 31)
Cttn_R: 5′-GCATTGATCCCTCATGTATCCCC-3 ′ (SEQ ID NO: 32)
Dhcr7_F: 5′-AGAACGTATCACCAGTCAGGTGG-3 ′ (SEQ ID NO: 33)
Dhcr7_R: 5′-CCTGCAAGGCTATAGATAAGCC-3 ′ (SEQ ID NO: 34)
Gapdh_F: 5′-CACTCTTCCCACTTCGATGC-3 ′ (SEQ ID NO: 35)
Gapdh_R: 5′-CTCTTGCTCAGTGTCCTTGC-3 ′ (SEQ ID NO: 36)

3.ウエスタンブロッティングによるコートアクチンタンパク質定量
10週齢のマウス精巣から以下の方法で抽出液を調製した。摘出したマウス精巣を1mlの抽出バッファー(25mM HEPES,100mMKCl,12mM MgCl2,0.5mM EDTA,2mM DTT,17%グリセロール)中でホモジェナイズした。15,000rpm,4℃,10分間の遠心を行い、上清(可溶性画分)を回収した。この調製した精巣抽出液を10%SDS−ポリアクリルアミドゲルを用いてSDS−PAGEを行い、メンブレンに転写した後、以下の手順でタンパク質を検出した。タンパク質量の内部コントロールとしてDNA ligase IIIを用いた。DNA ligase IIIは精巣ではパキテン期の精母細胞で発現している[ Chen J, Tomkinson AE, Ramos W, Mackey ZB, Danehower S, Walter CA, Schultz RA, Besterman JM, Husain I. Mammalian DNA ligase III: molecular cloning, chromosomal localization, and expression in spermatocytes undergoing meiotic recombination. Mol Cell Biol 1995; 15: 5412-5422、Mackey ZB, Ramos W, Levin DS, Walter CA, McCarrey JR, Tomkinson AE. An alternative splicing event which occurs in mouse pachytene spermatocytes generates a form of DNA ligase III with distinct biochemical properties that may function in meiotic recombination. Mol Cell Biol 1997; 17: 989-998]。Dspdマウスの精母細胞は正常であるため、コントロールとして問題はない。
3. Coat actin protein quantification by Western blotting An extract was prepared from 10-week-old mouse testis by the following method. The extracted mouse testis was homogenized in 1 ml of extraction buffer (25 mM HEPES, 100 mM KCl, 12 mM MgCl 2 , 0.5 mM EDTA, 2 mM DTT, 17% glycerol). Centrifugation was performed at 15,000 rpm and 4 ° C. for 10 minutes, and the supernatant (soluble fraction) was recovered. This prepared testis extract was subjected to SDS-PAGE using 10% SDS-polyacrylamide gel, transferred to a membrane, and then the protein was detected by the following procedure. DNA ligase III was used as an internal control for the amount of protein. DNA ligase III is expressed in testis in spermatocytes in the pachytene stage [Chen J, Tomkinson AE, Ramos W, Mackey ZB, Danehower S, Walter CA, Schultz RA, Besterman JM, Husain I. Mammalian DNA ligase III: Molecular cloning, chromosomal localization, and expression in spermatocytes undergoing meiotic recombination.Mol Cell Biol 1995; 15: 5412-5422, Mackey ZB, Ramos W, Levin DS, Walter CA, McCarrey JR, Tomkinson AE.An alternative splicing event which occurs in mouse pachytene spermatocytes generates a form of DNA ligase III with distinct biochemical properties that may function in meiotic recombination. Mol Cell Biol 1997; 17: 989-998]. Since the spermatocytes of Dspd mice are normal, there is no problem as a control.

4.ウエスタンブロッティング
5%スキムミルクを含むTBS−T中で、室温1時間のブロッキング反応を行った後、TBS−T洗浄(15分×3)を行った。抗コートアクチン抗体(Rabbit, polyclonal, Cell Signaling社 #3502)を1:500、DNA ligase III抗体(Mouse, polyclonal, GeneTex社 MS-LIG30UP50)を1:1000の希釈率で5mlPBS−MLK(3%スキムミルクを含むPBS)に希釈し、メンブレンに乗せ、室温3時間の一次抗体反応を行った後、TBS−T洗浄(15分×4)を行った。それぞれの一次抗体に結合する二次抗体(Horse radish peroxidase結合)で二次抗体反応した後、TBS−T洗浄(15分×4)を行った。次いで、ECL-Plus Western blotting detection system(Amersham)を使用してタンパク質を検出した。
4). Western blotting After performing a blocking reaction at room temperature for 1 hour in TBS-T containing 5% skim milk, TBS-T washing (15 minutes × 3) was performed. Anti-coat actin antibody (Rabbit, polyclonal, Cell Signaling # 3502) 1: 500 and DNA ligase III antibody (Mouse, polyclonal, GeneTex MS-LIG30UP50) at a dilution of 1: 1000 in 5 ml PBS-MLK (3% skimmed milk) The solution was diluted with PBS containing PBS, placed on a membrane, subjected to primary antibody reaction at room temperature for 3 hours, and then washed with TBS-T (15 minutes × 4). After the secondary antibody reaction with a secondary antibody (Horse radish peroxidase binding) that binds to each primary antibody, TBS-T washing (15 minutes × 4) was performed. Subsequently, proteins were detected using ECL-Plus Western blotting detection system (Amersham).

5.抗体染色によるコートアクチンの局在解析
マウスから、10倍希釈したネンブタール麻酔液(ダイナボット)による麻酔下で、臓器を摘出した。速やかにカミソリで割面を入れ、固定液(20%ホルマリン、5%ショ糖)に浸漬し、途中数時間に一度固定液を交換しながら一晩震盪固定した。定法に従いパラフィン包埋し、切片(3〜4μm厚)を作製した。切片をキシレン中での脱パラフィン、エタノール溶液中での置換の後、以下の手順で抗体染色した。
(1)抗原賦活化:1mM EDTA(pH8.0)中で98℃,10分間加熱後、室温にて30分間放置した。その後PBSで洗浄した。
(2)内在性ぺルオキシダーゼの阻害:1%H22中で室温にて10分間処理した後PBSで洗浄した。
(3)正常血清処理:5%正常ヤギ血清(NGS)にて室温5分間処理した。(PBS洗浄なし)
(4)一次抗体反応:抗コートアクチン抗体(ウサギポリクローナル,Cellsignaling社より市販されている,#3502)を0.1%BSA/PBS溶液にて50倍に希釈した。一次抗体溶液を組織に乗せ、室温にて1時間反応させた後PBSで洗浄した。
(5)二次抗体反応:二次抗体としてanti-rabbit ENVISION Plus(DAKO Glostrup)を用いた。再度5%NGSで処理した後、二次抗体溶液を組織に乗せ、室温にて1時間反応した後PBSで洗浄した。
(6)発色(DAB反応):発色液(100mlの0.05M Tris−Cl(pH7.6)+20mg DAB(3,3-diaminobenzidine,DOTITE)+65mg sodium azide)中にて、3分間の反応を行なった。
(7)核染色・封入:メチルグリーンにて核染色を行ない、定法により封入した。
5. Analysis of Coat Actin Localization by Antibody Staining Organs were excised from mice under anesthesia with Nembutal anesthetic solution (Dynabot) diluted 10-fold. The cut surface was quickly put with a razor, immersed in a fixative (20% formalin, 5% sucrose), and fixed with shaking overnight while changing the fixative once every few hours. Paraffin embedding was performed according to a conventional method, and a section (3 to 4 μm thickness) was prepared. Sections were deparaffinized in xylene and replaced in ethanol solution, and then stained with antibody by the following procedure.
(1) Antigen activation: After heating at 98 ° C. for 10 minutes in 1 mM EDTA (pH 8.0), the mixture was allowed to stand at room temperature for 30 minutes. Thereafter, it was washed with PBS.
(2) Inhibition of endogenous peroxidase: After treatment in 1% H 2 O 2 at room temperature for 10 minutes, the plate was washed with PBS.
(3) Normal serum treatment: Treated with 5% normal goat serum (NGS) for 5 minutes at room temperature. (Without PBS washing)
(4) Primary antibody reaction: Anti-coat actin antibody (rabbit polyclonal, commercially available from Cellsignaling, # 3502) was diluted 50-fold with a 0.1% BSA / PBS solution. The primary antibody solution was placed on the tissue, reacted at room temperature for 1 hour, and then washed with PBS.
(5) Secondary antibody reaction: anti-rabbit ENVISION Plus (DAKO Glostrup) was used as the secondary antibody. After treatment with 5% NGS again, the secondary antibody solution was placed on the tissue, reacted at room temperature for 1 hour, and then washed with PBS.
(6) Color development (DAB reaction): Reaction was performed in a color development solution (100 ml of 0.05 M Tris-Cl (pH 7.6) +20 mg DAB (3,3-diaminobenzidine, DOTITE) +65 mg sodium azide) for 3 minutes. It was.
(7) Nuclear staining / encapsulation: Nuclear staining was performed with methyl green and encapsulated by a conventional method.

6.ローダミン−ファロイジン染色によるアクチンの局在解析
マウスから麻酔下で精巣を摘出し、カミソリで割面を入れた後、4%パラホルムアルデヒド(PFA),5%ショ糖/PBS中で一晩の震盪固定を行なった(途中2回固定液を交換)。続いてショ糖/PBS溶液中で震盪し、PFAを洗浄した。数時間ごとに溶液を交換し、段階的にショ糖の濃度を上げていった(10%,15%,20%,25%:各二回ずつ)。その後、組織を液体窒素で冷却したイソペンタン(=ジメチルブタン)中でOCTコンパウンドに包埋した。作製した凍結ブロックを薄切し(5〜10μm厚)、切片を作製した。このように作製した固定凍結切片を以下の手順で染色した。
6). Localization analysis of actin by rhodamine-phalloidin staining The testis was removed from the mouse under anesthesia, the face was cut with a razor, and then fixed overnight in 4% paraformaldehyde (PFA), 5% sucrose / PBS. (Fixing solution was changed twice in the middle). Subsequently, the PFA was washed by shaking in a sucrose / PBS solution. The solution was changed every few hours, and the sucrose concentration was gradually increased (10%, 15%, 20%, 25%: twice each). Thereafter, the tissue was embedded in an OCT compound in isopentane (= dimethylbutane) cooled with liquid nitrogen. The prepared frozen block was sliced (5 to 10 μm thick) to prepare a section. The fixed frozen section thus prepared was stained according to the following procedure.

7.ローダミン−ファロイジン染色 切片をPBSで洗浄の後、0.1%NP40を含むPBS(−)で室温5分間処理し、再びPBS洗浄し、ローダミン−ファロイジン染色液(5μM Rhodamine-Phalloidin(Molecular Probes社, Cat#R-415)+5%BSA/PBS)にて室温で30分間の処理(遮光)を行なった後、PBSで洗浄し、核染色液(1μg/ml DAPIを含むPBS)で室温2時間処理(遮光)した後、PBS洗浄し、褪色防止剤入り封入剤(0.05M Tris−Cl(pH9.0),10%ポリビニルアルコール,5%グリセロール,2.5% DABCO)にて封入後、蛍光顕微鏡にて観察した。 7). Rhodamine-phalloidin staining The sections were washed with PBS, then treated with PBS (-) containing 0.1% NP40 for 5 minutes at room temperature, washed again with PBS, and rhodamine-phalloidin staining solution (5 μM Rhodamine-Phalloidin (Molecular Probes, Inc., Cat # R-415) + 5% BSA / PBS) for 30 minutes at room temperature (light-shielded), then washed with PBS and treated with nuclear stain (PBS containing 1 μg / ml DAPI) for 2 hours at room temperature (Shaded), washed with PBS, sealed with anti-fading mounting medium (0.05 M Tris-Cl (pH 9.0), 10% polyvinyl alcohol, 5% glycerol, 2.5% DABCO), and then fluorescent Observed with a microscope.

[結果]
リアルタイムRT−PCR法での定量の結果、Dspdマウスの精巣において、Cttn遺伝子の発現量が正常個体に比べ有意に減少していた(P<0.01)(図11(A))。Dhcr7遺伝子には減少は見られなかった。さらに抗コートアクチン抗体によるウエスタンブロッティング解析で、コートアクチンタンパク質が減少していることを確認した(図11(B))。この結果はCttn遺伝子が片アリル欠失しているというSNPs解析の結果を支持するものである。コートアクチンタンパク質の抗体染色の結果(図12)、正常マウス精細管においては全ステージの精細管周辺部に比較的弱い陽性像が見られた。これはセルトリーセルトリ間のTight junctionに含まれるものと思われる。ステップ8〜15伸長精子細胞周辺にも中程度の陽性像が見られた。さらにステップ16成熟精子細胞付近に強いドット状の陽性像が見られた(図13(A, inset))。これら伸長精子細胞周辺の局在は、コートアクチンが精子形態形成の過程で機能していることを示唆している。コートアクチンの局在は、ほとんど細胞質を持たないステップ16精子細胞の頭部とドット状の陽性像が必ずしも重なっていないことから、精子細胞ではなく、セルトリ細胞中の局在であると考えている。精巣以外の臓器では、特に小脳顆粒層と腎臓尿細管周辺に特徴的な局在を認めた。コートアクチンはmRNAレベルでは、ほぼ全ての組織で普遍的に発現しているが、タンパク質レベルでは組織ごとに異なる局在を示し、それぞれの組織において異なる役割を持っていることが示唆された。
[result]
As a result of quantification by the real-time RT-PCR method, the expression level of the Cttn gene was significantly reduced in the testes of Dspd mice compared to normal individuals (P <0.01) (FIG. 11 (A)). There was no decrease in the Dhcr7 gene. Further, it was confirmed by Western blotting analysis using an anti-coat actin antibody that the coat actin protein was decreased (FIG. 11B). This result supports the result of the SNPs analysis that the Cttn gene is missing one allele. As a result of antibody staining of the coat actin protein (FIG. 12), in the normal mouse seminiferous tubule, a relatively weak positive image was observed at the peripheral part of the seminiferous tubule in all stages. This seems to be included in the Tight junction between the celtry celtris. Step 8-15 A moderate positive image was also observed around the elongated sperm cells. Furthermore, a strong dot-like positive image was observed in the vicinity of Step 16 mature sperm cells (FIG. 13 (A, inset)). Localization around these elongated sperm cells suggests that coat actin functions in the process of sperm morphogenesis. Coat actin is localized in Sertoli cells, not sperm cells, because the head of Step 16 sperm cells having almost no cytoplasm and the dot-like positive image do not necessarily overlap. . In organs other than the testis, characteristic localization was observed, particularly around the cerebellar granule layer and kidney tubules. Coat actin is ubiquitously expressed in almost all tissues at the mRNA level, but at the protein level, it has a different localization in each tissue, suggesting that it has a different role in each tissue.

Dspdマウスの精細管においては、精細管全体に弱い陽性像が見られたものの、精子細胞周辺の強い局在が見られなかった。Dspdマウス精細管には、少数のステップ16成熟精子細胞も見られたが、それらの周辺にもコートアクチンのドット状の局在が認められなかった。この結果はDspdマウス精巣において、コートアクチンの局在に異常が生じていることを示している。この局在の異常がコートアクチン自身の片アリル欠失および発現量低下に起因するものか、因果関係は不明である。小脳,腎臓での局在には異常は認められなかった。伸長精子細胞周辺のコートアクチンの局在はDspdマウスにおいて、精子細胞の異常(核の異常形態、上皮からのはく離)が起こる時期とよく一致していた。さらに、ステップ16精子細胞近傍のドット状のシグナルはコートアクチンが何らかの構造体を作っていることを示唆している。この構造体は精子細胞とセルトリ細胞の接着に重要な役割を果たしており、Dspd精巣ではその構造体が作られないためにセルトリ細胞と精子細胞の接着が不十分であると考えられる。   In the seminiferous tubules of Dspd mice, although weak positive images were seen throughout the seminiferous tubule, no strong localization around the sperm cells was observed. A small number of Step 16 mature sperm cells were also found in Dspd mouse seminiferous tubules, but no dot-like localization of coat actin was observed in the vicinity of them. This result shows that the localization of coat actin is abnormal in the Dspd mouse testis. It is unclear whether this localization abnormality is caused by a single allele deletion and decreased expression level of coat actin itself. No abnormalities were found in localization in the cerebellum and kidney. The localization of coat actin around elongated sperm cells was in good agreement with the time when sperm cell abnormalities (abnormal nuclear morphology, separation from epithelium) occurred in Dspd mice. Furthermore, the dot-like signal in the vicinity of Step 16 sperm cells suggests that coat actin forms some structure. This structure plays an important role in adhesion between sperm cells and Sertoli cells, and it is considered that adhesion between Sertoli cells and sperm cells is insufficient because the structure is not formed in the Dspd testis.

続いて正常マウス精巣に対してローダミン−ファロイジン染色を行ったところ、ステージごとに異なるアクチンの局在を示した。ステージIII-IVの精細管において精上皮中に存在する伸長精子細胞(ステップ15)の周辺に強いアクチンの集中が見られた。これは特殊接合装置に含まれるアクチンである。ステージVII-VIIIの精子細胞(ステップ16)の近傍にもアクチンの集中が見られた。円形精子細胞のアクロソームにもアクチンのシグナルが得られた。これはアクロソームの形成にアクチンが機能していることを示唆している。また、全てのステージで基底部付近のセルトリ−セルトリ結合部(血液精巣関門,BTB)にアクチンが局在していた。これらの観察は、アクチンが精子細胞の変形から完成精子の放出にかけて重要な役割を担っていることを示している。Dspd精細管においては、伸長精子細胞数の減少、精子細胞の配列の乱れが見られた。また精上皮中に空隙が目立った。空隙は本来なら精子細胞があるべき場所から精子細胞がはく離してしまった為に生じていると考えられる。数少ない伸長精子細胞(形態は異常なものが多い)の周辺には正常精巣と同様にアクチンの集中が見られた。しかし伸長精子細胞に附随しない、正常には見られない位置にも異常なアクチンの集中が見られた。アクチンの乱れはセルトリ細胞の形態が乱れていることを反映していると思われる。それがコートアクチンの減少によるものかどうか因果関係は不明であるが、コートアクチンがセルトリ細胞骨格の制御に関わっており、その減少によってセルトリ細胞が正常なかたちを保てなくなっているという可能性が考えられる。   Subsequently, rhodamine-phalloidin staining was performed on normal mouse testis, and the localization of actin varied depending on the stage. In the stage III-IV seminiferous tubule, strong actin concentration was observed around the elongated sperm cells (step 15) present in the seminiferous epithelium. This is an actin contained in a special joining device. Actin concentration was also observed in the vicinity of the sperm cells of stage VII-VIII (step 16). Actin signals were also obtained on the acrosomes of round sperm cells. This suggests that actin functions in the formation of acrosomes. In all stages, actin was localized at the Sertoli-Sertoli junction near the base (blood testis barrier, BTB). These observations indicate that actin plays an important role from sperm cell deformation to complete sperm release. In the Dspd seminiferous tubule, a decrease in the number of elongated sperm cells and disorder of the sperm cell arrangement were observed. In addition, voids were conspicuous in the seminiferous epithelium. It is thought that the void is generated because the sperm cells are separated from the place where the sperm cells should be. The concentration of actin was observed around the few elongated sperm cells (often abnormal in shape) as in the normal testis. However, an abnormal concentration of actin was also observed at a position that was not normally observed, which was not associated with the elongated sperm cells. The disturbance of actin seems to reflect that the morphology of Sertoli cells is disturbed. The causal relationship is unclear whether this is due to a decrease in coat actin, but coat actin is involved in the control of the Sertoli cytoskeleton, and it is possible that Sertoli cells are unable to maintain their normal shape due to the decrease. Conceivable.

(Dspdマウス精巣へのコートアクチン遺伝子の導入)
正常マウス精巣で発現しているコートアクチン−A又は−Bと、マーカーとしてEGFPを共発現するプラスミドベクターを作製し、Dspdマウス精巣にインビボエレクトロポレーション法により導入した結果、セルトリ細胞および生殖細胞でのEGFPとコートアクチンの発現を確認した(導入後一週間)(図14参照)。
(Introduction of coat actin gene into Dspd mouse testis)
A plasmid vector that co-expresses coat actin-A or -B expressed in normal mouse testis and EGFP as a marker was prepared and introduced into Dspd mouse testis by in vivo electroporation. The expression of EGFP and coat actin was confirmed (one week after introduction) (see FIG. 14).

(考察)
上記実施例2及び3で述べたように、Dspdマウスでは7番染色体のCttn遺伝子を含む領域が片アリル欠失しており、Cttnの発現量が半減していた、また精巣におけるコートアクチンタンパク質およびアクチンの局在に異常が見られた。
(Discussion)
As described in Examples 2 and 3 above, in the Dspd mouse, the region containing the Cttn gene of chromosome 7 was deleted by one allele, the expression level of Cttn was reduced by half, and the coat actin protein in the testis and Abnormal localization of actin was observed.

前述したように、減数分裂後の精子細胞は大きな形態の変化を経て完成精子となる。セルトリ細胞は精子細胞の変化と同時にその形態を変える。セルトリ細胞の動きがどのように精子細胞の形態形成に関わっているかはまだ充分な知識が得られていないが、セルトリ細胞の変性が精子細胞の異常につながることは、精巣毒性の研究から示されてきた。精子形態形成の過程ではセルトリ細胞は精子細胞の変形や、管腔への移動と合わせてその形を大きく変える必要がある。コートアクチンの局在は、そのセルトリ細胞のダイナミックな変化を制御するために必要である可能性が高い。   As described above, sperm cells after meiosis become complete sperm through a large morphological change. Sertoli cells change their morphology simultaneously with changes in sperm cells. Although there is not yet sufficient knowledge of how Sertoli cell movement is involved in sperm cell morphogenesis, studies of testicular toxicity have shown that Sertoli cell degeneration leads to sperm cell abnormalities. I came. In the process of sperm morphogenesis, Sertoli cells need to change their shape greatly along with deformation of sperm cells and movement into the lumen. Coat actin localization is likely necessary to control the dynamic changes of the Sertoli cells.

コートアクチンの局在はESの構成タンパク質の一つであるespinの局在と類似している [ Bartles JR, Wierda A, Zheng L. Identification and characterization of espin, an actin-binding protein localized to the F-actin-rich junctional plaques of Sertoli cell ectoplasmic specializations. J Cell Sci 1996; 109 ( Pt 6): 1229-1239]。またコートアクチンは精巣において、これもESに含まれるβ1−integrinと相互作用することが報告されている[31]。さらに、コートアクチンはSrc protein kinase
familyに属するFynによってリン酸化を受けることが知られているが、Fynノックアウトマウスは生後3〜4週齢でES構造の異常を示すことが報告されている [ Maekawa M, Toyama Y, Yasuda M, Yagi T, Yuasa S. Fyn tyrosine kinase in Sertoli cells is involved in mouse spermatogenesis. Biol Reprod 2002; 66: 211-221]。
これらの知見はコートアクチンのES構造への関与を示唆しており、コートアクチンの異常がESの異常につながることを示している。
The localization of coat actin is similar to that of espin, one of the constituent proteins of ES [Bartles JR, Wierda A, Zheng L. Identification and characterization of espin, an actin-binding protein localized to the F- actin-rich junctional plaques of Sertoli cell ectoplasmic specializations. J Cell Sci 1996; 109 (Pt 6): 1229-1239]. Coat actin has also been reported to interact with β1-integrin contained in ES in the testis [31]. Furthermore, coat actin is a Src protein kinase
Although it is known that phosphorylation is caused by Fyn belonging to the family, Fyn knockout mice have been reported to show abnormalities in ES structure at 3 to 4 weeks of age [Maekawa M, Toyama Y, Yasuda M, Yagi T, Yuasa S. Fyn tyrosine kinase in Sertoli cells is involved in mouse spermatogenesis. Biol Reprod 2002; 66: 211-221].
These findings suggest the involvement of coat actin in the ES structure, indicating that abnormalities in coat actin lead to abnormalities in ES.

Dspdが優性の変異であることは興味深い。遺伝子の欠失はホモにした時のみ表現型として現れることが多いが、いくつかの構造タンパク質や、複合体のコンポーネントは片アリル欠失による発現量の減少で表現型が現れることが知られている(haploinsufficiency)。例えば、desmosomal plaqueの主要な構成タンパク質であるdesmoplakinは片アリル欠失によって掌蹠(しょうせき)角皮症(palmoplantar keratoderma)を引き起こすことが示されている [ Armstrong DK, McKenna KE, Purkis PE, Green KJ, Eady RA, Leigh IM, Hughes AE. Haploinsufficiency of desmoplakin causes a striate subtype of palmoplantar keratoderma. Hum Mol Genet 1999; 8: 143-148]。また、post-synaptic densityのコンポーネントであり、コートアクチンと直接相互作用しているshank3のhaploinsufficiencyは精神遅滞等の原因であると考えられている[Boeckers TM, Bockmann J, Kreutz MR, Gundelfinger ED. ProSAP/Shank proteins - a family of higher order organizing molecules of the postsynaptic density with an emerging role in human neurological disease. J Neurochem 2002; 81: 903-910、Wilson HL, Wong AC, Shaw SR, Tse WY, Stapleton GA, Phelan MC, Hu S, Marshall J, McDermid HE. Molecular characterisation of the 22q13 deletion syndrome supports the role of haploinsufficiency of SHANK3/PROSAP2 in the major neurological symptoms. J Med Genet 2003; 40: 575-584]。これらと同様にコートアクチンもhaploinsufficiencyによって影響が現れている可能性がある。   It is interesting that Dspd is a dominant mutation. Deletions of genes often appear as phenotypes only when homozygous, but some structural proteins and complex components are known to show phenotypes due to a decrease in expression due to single allele deletion. (Haploinsufficiency). For example, desmoplakin, the major constituent protein of desmosomal plaque, has been shown to cause palmoplantar keratoderma by deletion of a single allele [Armstrong DK, McKenna KE, Purkis PE, Green KJ, Eady RA, Leigh IM, Hughes AE. Haploinsufficiency of desmoplakin causes a striate subtype of palmoplantar keratoderma. Hum Mol Genet 1999; 8: 143-148]. Moreover, shank3 haploinsufficiency, which is a component of post-synaptic density and interacts directly with coat actin, is thought to cause mental retardation [Boeckers TM, Bockmann J, Kreutz MR, Gundelfinger ED. ProSAP / Shank proteins-a family of higher order organizing molecules of the posts ynaptic density with an emerging role in human neurological disease.J Neurochem 2002; 81: 903-910, Wilson HL, Wong AC, Shaw SR, Tse WY, Stapleton GA, Phelan MC, Hu S, Marshall J, McDermid HE. Molecular characterization of the 22q13 deletion syndrome supports the role of haploinsufficiency of SHANK3 / PROSAP2 in the major neurological symptoms. J Med Genet 2003; 40: 575-584]. Similarly to these, coat actin may be affected by haploinsufficiency.

構造体が動的なものであった場合、つまり構造体に含まれる分子が速い速度で入れ替わっている場合、構造体を維持する為に、細胞内に一定のタンパク質濃度が必要である場合がある。アクチンフィラメントは動的な構造であり、フィラメントの長さが変わらないように見えるときでも、連続的にアクチン分子が片方の端に重合し、もう一方の端から解離するという平衡状態を保っている(トレッドミル状態)。アクチンの重合速度は細胞内のアクチン分子濃度に依存しており、ある濃度で、重合と解離の速度が等しくなり平衡状態となる。   If the structure is dynamic, that is, if the molecules contained in the structure are changing at a fast rate, a certain protein concentration may be required in the cell to maintain the structure. . Actin filaments are dynamic structures that maintain an equilibrium state where actin molecules continuously polymerize to one end and dissociate from the other end, even when the filament length does not seem to change. (Treadmill state). The polymerization rate of actin depends on the concentration of actin molecules in the cell, and at a certain concentration, the polymerization and dissociation rates become equal and reach equilibrium.

免疫染色の結果から、コートアクチンは、セルトリ細胞と精子細胞の接点でアクチンフィラメントの制御を行なっていると考えられ、その構造体はアクチンフィラメントの動きに対応する動的なものであることが考えられる。それを維持するためにはセルトリ細胞内にある閾値以上のコートアクチン濃度が必要である可能性がある。他にもDspdの優性を説明し得るいくつかの可能性が残っている。1)トランスジーンの挿入やゲノムの欠失がある遺伝子の一部のみを破壊した場合、正常な遺伝子産物の機能を拮抗的に阻害するdominant negativeタイプのタンパク質が生じる可能性がある。この可能性を検証するため
、トランスジーン挿入部位および欠失領域の端に遺伝子を探したが、現在までにこのような遺伝子は見つかっていない。2)また染色体転座やトランスジーン(エンハンサーを含んでいる)の挿入が、周辺の遺伝子の発現に影響を及ぼす可能性もある。少なくともDhcr7に関しては正常個体と同じレベルの発現量であることがリアルタイムRT−PCR法で確認された(図10参照)。他の変異部位周辺に存在する遺伝子(Sftpd,Rbmxrt)に関しては、通常のRT−PCRで、全て正常個体精巣で発現しており、Dspd精巣でもほぼ同じレベルの発現量であることを確認した。3)ゲノミックインプリンティング(genomic imprinting)は父親由来と母親由来のゲノムに機能的な差異が生じる現象であり、インプリンティングを受ける遺伝子に関しては片アリルの変異が表現型に現れ易い。Dspdの変異部位は7番染色体遠位部のインプリンティング領域に近く、インプリンティングの関与が考えられた。しかしDspd変異を父親・母親どちらから受け継いでも同じ表現型を示すことから、この可能性は排除できると思われる。
From the results of immunostaining, it is considered that coat actin controls actin filaments at the contact point between Sertoli cells and sperm cells, and that the structure is dynamic in response to the movement of actin filaments. It is done. To maintain it, a coat actin concentration above a certain threshold in Sertoli cells may be required. Several other possibilities remain that may explain the dominance of Dspd. 1) When only a part of a gene having a transgene insertion or genome deletion is destroyed, a dominant negative type protein that antagonistically inhibits the function of a normal gene product may be generated. To verify this possibility, genes were searched for at the end of the transgene insertion site and deletion region, but no such gene has been found to date. 2) In addition, chromosomal translocations and transgenes (including enhancers) may affect the expression of surrounding genes. It was confirmed by real-time RT-PCR that at least Dhcr7 was expressed at the same level as normal individuals (see FIG. 10). The genes (Sftpd, Rbmxrt) existing around other mutation sites were all expressed in normal individual testis by normal RT-PCR, and it was confirmed that the expression level was almost the same level in Dspd testis. 3) Genomic imprinting is a phenomenon in which functional differences occur in the genomes derived from fathers and mothers, and mutations in single alleles tend to appear in the phenotype for genes that are imprinted. The mutation site of Dspd was close to the imprinting region at the distal part of chromosome 7, suggesting the involvement of imprinting. However, this possibility could be eliminated because the Dspd mutation shows the same phenotype regardless of whether it is inherited from the father or mother.

マウス精細管の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a mouse fine tube. 内分泌系による精巣機能の調節を示す概略図である。It is a schematic diagram showing the regulation of testicular function by the endocrine system. マウスセルトリ−精子細胞 特殊接合装置を示す概略図である。セルトリ細胞と伸長精子細胞の間には、アクチン層を含む特殊な構造(ectoplasmic)が見られる。セルトリ細胞膜の内側にアクチンの層があり、精子細胞側の構造であるアクロソーム(Ac)を囲んでいる。ES構造の機能は不明であるが、精子細胞の形態変化をサポートし、適切な時期の放出までセルトリ細胞と精子細胞の接着を維持するのに必要であるとされている。It is the schematic which shows a mouse | mouth Sertoli-sperm cell special joining apparatus. A special structure (ectoplasmic) including an actin layer is observed between Sertoli cells and elongated sperm cells. There is an actin layer inside the Sertoli cell membrane and surrounds the acrosome (Ac), which is the structure on the sperm cell side. Although the function of the ES structure is unknown, it is believed to be necessary to support sperm cell morphological changes and to maintain Sertoli cell-sperm cell adhesion until release at the appropriate time. マウス精子形成サイクル(Lonnie D.Russel et al.,Evaluation of the Testis より、一部改変) を示す図である。マウスの場合、精細管のステージはI−XIIまでの12段階に分けられている。ある精細管の断面には縦に並んだ種類の細胞の組み合わせが見られる。精祖細胞 (spermatogonia)の自己増殖と精母細胞への分化(青ワク)、精母細胞 (spermatocyte)の減数分裂(緑ワク)を経て、半数体の精子細胞 (spermatid)となる。精子細胞は大きな形態の変化を経て完成精子となる(赤ワク)この過程のことを spermiogenesis と呼ぶ。精子細胞の分化段階はステップ1〜16までの数字で表されている。It is a figure which shows a mouse | mouth spermatogenesis cycle (partly modified from Lonnie D.Russel et al., Evaluation of the Testis). In the case of a mouse, the stage of the fine tube is divided into 12 stages up to I-XII. A cross section of a certain seminiferous tube shows a combination of types of cells arranged vertically. After spermatogonia self-proliferation and differentiation into spermatocytes (blue vaccinia) and spermatocyte meiosis (green vaccinia), it becomes haploid spermatids. Sperm cells undergo morphological changes to complete sperm (red vaccinia). This process is called spermiogenesis. The differentiation stage of sperm cells is represented by numbers from Step 1 to Step 16. PEG8トランスジーンやPEG8トランスジェニックマウスの家系を示す図である。It is a figure which shows the family of a PEG8 transgene and a PEG8 transgenic mouse. Dspdマウス精巣,精巣上体を示す図である。Dspdマウス精細管では、伸長精子細胞の数が減少していた。また精子細胞の奇形が見られた。(A),(C)正常マウス精巣上体は完成精子で満たされているが(F),(H)、Dspdマウス精巣上体では精子数が減少していた。(E),(G)A,B,E,G Bar=100μm,C,D,G,H Bar=200μm,insets Bar=5μmIt is a figure which shows the Dspd mouse testis and epididymis. In Dspd mouse seminiferous tubules, the number of elongated sperm cells was decreased. Sperm cell malformation was also observed. (A), (C) Normal mouse epididymis was filled with completed sperm (F), (H), but the number of spermatozoa was reduced in Dspd mouse epididymis. (E), (G) A, B, E, G Bar = 100 μm, C, D, G, H Bar = 200 μm, insets Bar = 5 μm DspdマウスのES構造を示す図である。It is a figure which shows ES structure of a Dspd mouse | mouth. Dspdマウスの変異部位を示す拡大図である。赤い矢印はゲノミックライブラリーからクローニングしたTg とゲノムのジャンクションを表している。7番染色体と14番染色体の長い融合染色体をピンクの線で、14番染色体近位部を含む短い染色体をブルーの線で表している。ブルーの点線はゲノム配列が完成しておらず解析できなかった領域を表している。7番染色体はトランスジーンを介して14番染色体C−E領域と結合している。14番染色体近位部は7番染色体のテロメアと結合していると思われる。7番染色体テロメア近傍の1Mbを越える領域が欠失している。14番染色体には少なくとも1Mbよりも大きな欠失は見られない。14番染色体変異部位の最も近くにある遺伝子Sftpdは欠失していない。It is an enlarged view showing the mutation site of Dspd mouse. The red arrow represents the Tg and genomic junction cloned from the genomic library. A long fused chromosome of chromosome 7 and chromosome 14 is represented by a pink line, and a short chromosome including the proximal part of chromosome 14 is represented by a blue line. The blue dotted line represents the region where the genome sequence was not completed and could not be analyzed. Chromosome 7 is linked to the chromosome 14 region through the transgene. The proximal part of chromosome 14 appears to be associated with the telomere of chromosome 7. The region exceeding 1 Mb in the vicinity of chromosome 7 telomere is deleted. No deletion larger than at least 1 Mb is found on chromosome 14. The gene Sftpd closest to the chromosome 14 mutation site is not deleted. コートアクチンの構造と機能を示す拡大図である。It is an enlarged view showing the structure and function of coat actin. Dspdマウス精巣におけるコートアクチンの発現量を示す図である。It is a figure which shows the expression level of coat actin in a Dspd mouse testis. Dspdマウス精巣におけるコートアクチンの発現量を示す図である。It is a figure which shows the expression level of coat actin in a Dspd mouse testis. 精細管におけるアクチンの局在を示す図である。正常マウス精細管では伸長精子細胞周辺に強いアクチンの局在を認めた。特にステップ15精子細胞周辺に強いアクチンの集中が見られた(A)−(C)。これはspermiogenesis の過程にアクチンが重要な役割を果たしていることを示唆している。Dspd精巣においては異常なアクチンの集中が見られた(I,L矢印)。精子頭部(H矢印)には正常精巣と同様にアクチンの集中が見られた。It is a figure which shows the localization of actin in a seminiferous tubule. In normal mouse seminiferous tubules, strong actin localization was observed around the elongated sperm cells. In particular, strong actin concentration was observed around the sperm cells in Step 15 (A)-(C). This suggests that actin plays an important role in the process of spermiogenesis. Abnormal concentration of actin was observed in the Dspd testis (arrows I and L). Concentration of actin was observed in the sperm head (H arrow) as in the normal testis. コートアクチン抗体染色の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of a coat actin antibody dyeing | staining. インビボエレクトロポレーション法によるマウス精巣への遺伝子導入を示す図である。It is a figure which shows gene introduction | transduction to the mouse testis by the in vivo electroporation method. Dspdマウス病態モデルを示す図である。コートアクチンの発現量の低下により、コートアクチンを含む構造体が正常に作られない。その結果アクチン繊維の制御が乱れ、ES構造の異常が起こり、精子細胞の奇形や精上皮からのはく離が起こる。It is a figure which shows a Dspd mouse | mouth disease state model. Due to the decrease in the expression level of coat actin, a structure containing coat actin cannot be produced normally. As a result, the control of actin fibers is disturbed, abnormalities of the ES structure occur, and sperm cell malformation and separation from the sperm epithelium occur.

Claims (15)

コートアクチンをコードする非ヒト動物の内在性遺伝子の全部又は一部が破壊・欠損・置換等の遺伝子変異により不活性化され、コートアクチンを発現する機能が低下した、あるいは失なった非ヒト動物からなることを特徴とする男性不妊症モデル動物。   Non-human animals in which all or part of the endogenous genes of non-human animals encoding coat actin have been inactivated by genetic mutations such as disruption, deletion or substitution, and the function of expressing coat actin has been reduced or lost A male infertility model animal characterized by comprising: 遺伝子変異を片アリルに有することを特徴とする請求項1記載の男性不妊症モデル動物。   The male infertility model animal according to claim 1, which has a gene mutation in one allele. 歩行異常などの行動異常を示すことを特徴とする請求項1又は2記載の男性不妊症モデル動物。   The male infertility model animal according to claim 1 or 2, which exhibits behavioral abnormalities such as gait abnormalities. 非ヒト動物がマウスであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の男性不妊症モデル動物。   The male infertility model animal according to any one of claims 1 to 3, wherein the non-human animal is a mouse. マウス精細胞(独立行政法人 理化学研究所バイオリソースセンター寄託番号01136)を用いて作製されたことを特徴とする請求項4記載の男性不妊症モデル動物。   The male infertility model animal according to claim 4, wherein the male infertility model animal is produced using mouse sperm cells (Deposit Number 01136, RIKEN BioResource Center). コートアクチンをコードする非ヒト動物の内在性遺伝子の全部又は一部が破壊・欠損・置換等の遺伝子変異により不活性化され、コートアクチンを発現する機能が低下した、あるいは失なった非ヒト動物から採取した精子細胞を野生型未受精卵に注入して培養後の4〜8細胞胚を、偽妊娠させた非ヒト動物の卵管に移植し、産仔を得ることを特徴とする男性不妊症モデル動物の維持・継代方法。   Non-human animals in which all or part of the endogenous genes of non-human animals encoding coat actin have been inactivated by genetic mutations such as disruption, deletion or substitution, and the function of expressing coat actin has been reduced or lost A male infertility characterized by injecting sperm cells collected from a wild-type unfertilized egg and transplanting the cultured 4-8 cell embryo into the oviduct of a non-human animal pseudopregnant to obtain a litter To maintain and pass the disease model animal. 非ヒト動物がマウスであることを特徴とする請求項6記載の男性不妊症モデル動物の維持・継代方法。   The method for maintaining / passaging a male infertility model animal according to claim 6, wherein the non-human animal is a mouse. 精子細胞がマウス精細胞(独立行政法人 理化学研究所バイオリソースセンターに寄託番号01136)であることを特徴とする請求項7記載の男性不妊症モデル動物の維持・継代方法。   The method for maintaining and subculturing male infertility model animals according to claim 7, wherein the sperm cells are mouse sperm cells (deposit number 01136 at RIKEN BioResource Center, an independent administrative agency). 請求項1〜5のいずれか記載の男性不妊症モデル動物に、被検物質を投与し、造精機能障害の症状改善の程度を測定・評価することを特徴とする男性不妊症の予防・治療剤のスクリーニング方法。   A test substance is administered to the male infertility model animal according to any one of claims 1 to 5, and the degree of improvement in symptoms of spermatogenic dysfunction is measured and evaluated, thereby preventing and treating male infertility Agent screening method. 以下の(A)〜(F)の何れかの塩基配列からなる、その発現機能低下又は発現機能喪失が男性不妊症の原因となるタンパク質をコードするDNA。
(A)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする塩基配列;
(B)配列番号2に示されるアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつアクチンとの結合活性を有するタンパク質をコードする塩基配列;
(C)配列番号2に示されるアミノ酸配列と少なくとも60%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつアクチンとの結合活性を有するタンパク質をコードする塩基配列;
(D)配列番号1に示される塩基配列;
(E)配列番号1に示される塩基配列において、1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつアクチンとの結合活性を有するタンパク質をコードする塩基配列;
(F)配列番号1に示される塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつアクチンとの結合活性を有するタンパク質をコードする塩基配列;
DNA consisting of any one of the following base sequences (A) to (F), which encodes a protein whose reduced expression function or loss of expression function causes male infertility:
(A) a base sequence encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2;
(B) a base sequence encoding a protein consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having a binding activity to actin;
(C) a base sequence encoding a protein consisting of an amino acid sequence having at least 60% homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having a binding activity to actin;
(D) the base sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(E) a base sequence encoding a protein consisting of a base sequence in which one or several bases are deleted, substituted or added in the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having actin-binding activity;
(F) a base sequence encoding a protein that hybridizes with the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 under stringent conditions and has a binding activity to actin;
以下の(A)〜(C)の何れかのアミノ酸配列からなる、その発現機能低下又は発現機能喪失が男性不妊症の原因となるタンパク質。
(A)配列番号2に示されるアミノ酸配列;
(B)配列番号2に示されるアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列であって、かつ該アミノ酸配列からなるタンパク質がアクチンとの結合活性を有するアミノ酸配列;
(C)配列番号2に示されるアミノ酸配列と少なくとも60%以上の相同性を有するアミノ酸配列であって、かつ該アミノ酸配列からなるタンパク質がアクチンとの結合活性を有するアミノ酸配列;
A protein consisting of an amino acid sequence of any of the following (A) to (C), whose reduced expression function or loss of expression function causes male infertility.
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2;
(B) an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and the protein comprising the amino acid sequence has an activity to bind to actin Sequence;
(C) an amino acid sequence having at least 60% homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and a protein comprising the amino acid sequence having an activity to bind to actin;
検体中のヒトコートアクチン遺伝子の異常の有無を調べることを特徴とする男性不妊症の診断方法。   A method for diagnosing male infertility, characterized by examining the presence or absence of an abnormality in a human coat actin gene in a specimen. 検体中のヒトコートアクチンタンパク質の異常の有無を調べることを特徴とする男性不妊症の診断方法。   A method for diagnosing male infertility, characterized by examining the presence or absence of an abnormality in human coat actin protein in a specimen. ヒトコートアクチン遺伝子又はヒトコートアクチン遺伝子が発現ベクターにインテグレートされた組換えベクターを有効成分として含有することを特徴とするヒトコートアクチン遺伝子やヒトコートアクチンタンパク質の異常に起因する男性不妊症の治療薬。   A therapeutic agent for male infertility caused by an abnormality in human coat actin gene or human coat actin protein, comprising as an active ingredient a human coat actin gene or a recombinant vector in which a human coat actin gene is integrated into an expression vector . 請求項14記載の男性不妊症の治療薬を、精巣に投与することを特徴とするヒトコートアクチン遺伝子やヒトコートアクチンタンパク質の異常に起因する男性不妊症の治療方法。   A method for treating male infertility caused by an abnormality in a human coat actin gene or a human coat actin protein, comprising administering the therapeutic agent for male infertility according to claim 14 to a testis.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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