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5月15日:亀の温度依存性の性決定メカニズム(5月11日Scienceオンライン掲載論文)

2018年5月15日
地球温暖化で種の絶滅の危機に最もさらされている種が爬虫類だ。亀、ワニ、トカゲなどの一部の種は、性が卵が孵化するときの温度で決定される。この温度による性決定を行う種がどれぐらい存在するかについては、私が顧問として勤務している生命誌研究館の季刊誌、「生命誌」24号に詳しく書かれているのでぜひ参考にしてほしい(https://www.brh.co.jp/seimeishi/journal/024/ss_1.html#2)。この記事では、少なくともカメ類で47種、全てのワニ類(8種)、そしてトカゲの17種が温度に性が決定されることが紹介されている。もし地球の寒冷化や温暖化が進み、発生時の温度が特定の閾値を越えると性比が大きく変化し、場合によってはオスあるいはメスが生まれなくなり、種の維持が不可能になる可能性すらある。ワニについては全てのワニが絶滅する危険性すら存在する。ただ問題は対策を打とうにも、温度による性決定のメカニズムが完全に明らかになっておらず、研究の進展が待たれていた。

今日紹介する中国の新しい大学・浙江万里学院と米国デューク大学が共同で発表した論文は、カメの温度による性決定に関わる分子を特定し、絶滅を防ぐ対策の可能性を示した研究で5月11日号のScienceにオンライン出版された。タイトルは、「The histone demethylase KDM6B regulates temperature-dependent sex determination in turtle species(カメの温度依存的性決定はヒストン脱メチル化酵素KDM6Bにより調節されている)だ。

この研究ではアカミミガメと呼ばれるアメリカ原産のカメを対象に、その性決定のメカニズムを調べている。このカメは、発生の特定の期間に温度が26度ではオス、32度ではメスへの決定が行われる。温度で性が決定されるということは、遺伝的に決まるのではなく、遺伝子発現の(エピジェネティックな)調節により性が決定されることを示唆している。このグループは、ヒストンの27番目のリジンのメチル基を外す脱メチル化酵素の一つKdm6bの生殖原器での発現が、オスになる温度26度で上昇することを発見する。この発生のステージに温度を26度から32度、あるいは32度から26度に変化させると、迅速にこの分子の発現が変化することも明らかにしている。

次に、Kdm6b がオスへの分化を指令する決定因子かどうか調べる目的で、オスになる26度で卵を孵化させるとき、RNAiを用いてこの分子の発現を抑制する実験を行うと、期待通り80−87%の個体がメスへと転換することを明らかにする。またこの転換に応じて、最初発現していたオスの性決定に関わる遺伝子の発現が抑えられ、メスの性決定に関わる遺伝子が活性化されることを明らかにしている。

そこで、Kdm6bにより活性化されるオス決定分子を探索し、ほぼ全ての脊髄動物種でオスの性決定を決めているマスター分子Dmrt1が、Kdm6b発現と相関して転写され、さらKdm6bをノックダウンした個体に強制発現させると、オスへと性決定する分子であることを見出している。すなわち、Kdm6bはヒストンの脱メチル化を通していくつかの遺伝子発現のスイッチを入れる役割を持っているが、最終的にオスへの性決定を行う分子は、Kdm6bにより転写が上昇するDmrt1であることを明らかにしている。

最後に、Kdm6bがヒストン脱メチル化酵素として働いて、Dmrt1の発現を上昇させているのか調べるため、Dmrt1遺伝子領域のヒストンの27番目のリジンのメチル化を調べ、オスになる26度だけでヒストンが脱メチル化されていることを明らかにしている。

以上から、
「温度の違いでまずKdm6bの発現が誘導され(このメカニズムについてはまだはっきりしない)、これによりオスへの性決定分子Dmrt1領域のヒストンが脱メチル化され、抑制が外れてオスへの分化が決定される」がオス決定のメカニズムで、この過程が誘導されないと、メスが生まれる」
と結論している。

今後本当に温暖化でオスが生まれないという心配が出てくれば、Kdm6b、あるいはDmrt1の発現を外部から調節することで、性を操作し、絶滅を防げる可能性があることがよくわかった。他の爬虫類種でも同じようなこと起こっているようなので、古典的だが、重要な性決定に関する研究と言える。
カテゴリ:論文ウォッチ
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