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【プレスリリース】プラナリアの生殖戦略の転換にはアミノ酸代謝の変化が関与している(農学生命科学部)

プラナリアの生殖戦略の転換にはアミノ酸代謝の変化が関与している
~トリプトファン代謝産物セロトニンは卵巣誘導因子として働く~

【本研究成果のポイント】
1. 分裂・再生による無性生殖と生殖細胞を形成する有性生殖の2つの生殖様式を使いわけるプラナリア「リュウキュウナミウズムシ#1」の遺伝子カタログを作成した。

2. 生殖様式に応じて発現量が異なる遺伝子を網羅的に調べた結果、アミノ酸代謝に違いがあることを見出し、さらに、トリプトファン代謝産物であるセロトニンが卵巣誘導因子として働くことを発見した。

3. 分化多能性幹細胞#2をもつプラナリアが胚発生によらず、成体で新たに生殖細胞を作る過程の一端を解明した。今後、多様な生物で分化多能性幹細胞の制御や生殖細胞の分化機構を理解する基盤となる。

【研究の概要】
 扁形動物プラナリアには、分裂・再生による無性生殖と、精子や卵子といった生殖細胞を形成して他個体と交配する有性生殖の2つの生殖様式を使い分けるものがいます。無性個体は分裂後、ほぼすべての器官を再生しますが、生殖細胞・生殖器官だけは作らず、無性状態を維持し続けます。一方、有性個体では分裂による再生はストップし、今までもっていなかった生殖細胞を新たにつくります。この生殖様式の転換を可能にしているのが、プラナリアが全身にもつ分化多能性幹細胞であり、ここから生殖細胞を含めたすべての組織を形成することができます。多くの生物が胚発生(受精卵から体を形づくっていく過程)で生殖細胞をつくることを考えると、成体になってからでも生殖細胞を新たに形成できるプラナリアは珍しい生き物だといえます。このように、プラナリアにおける無性と有性の状態の切り替えは、興味深い現象であり、幹細胞をどのように制御するかが鍵となっていると考えられます。
 弘前大学の小林一也准教授らを中心とした研究グループは、この生殖様式の転換のしくみを解明するための第一歩として、実験的に有性個体への転換をうながすことができるリュウキュウナミウズムシ(図1)を用いて、発現遺伝子を網羅的に解析できるRNAシーケンシング#3を行いました。その結果、181,393個からなる遺伝子カタログを作成することができました。またコンピューターによる網羅的な解析によって、無性個体と有性個体ではアミノ酸の代謝に関わる遺伝子群の発現が異なることを発見しました。これらの遺伝子に着目してさらに解析を進めた結果、トリプトファンの代謝産物であるセロトニンが卵巣誘導因子として機能することを実験的に証明しました。多能性幹細胞や生殖細胞では分化した細胞に比べ、アミノ酸代謝や解糖系などの代謝が異なることや、セロトニンと生殖細胞の関連性は他の生物でも示唆されていたため、これらはプラナリアにのみ特異的な現象ではなさそうです。プラナリアと近縁な生物には、同じく無性生殖と有性生殖を用いる吸虫や条虫などの寄生性の扁形動物が知られており、今回プラナリアにおいて発見した特徴が他の扁形動物にも共通しているのか関心が持たれます。本研究の成果は今後、扁形動物の生殖戦略のみならず、多様な生物の幹細胞制御や生殖細胞形成の機構の解明に貢献することが期待されます。

 本研究成果は、2019年4月16日に国際科学誌「Scientific Reports」に掲載されました。

プラナリア

図1. リュウキュウナミウズムシの無性個体と有性個体。

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