著者の所属・活動拠点の国は、アメリカです。

掲載誌：International Journal of Molecular Sciences

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

動物の卵は、透明帯（ZP）と呼ばれるタンパク質の層に包まれています。この層は線虫から哺乳類まで広く見られ、魚では「卵膜（コリオン）」と呼ばれます。層をつくるタンパク質の遺伝子（ZP遺伝子）の数は動物によって違い、マウスでは3個、ヒトでは4個とされ、硬骨魚では一般にもっと多いと報告されています。

哺乳類ではZP遺伝子は卵巣で働きます。一方、硬骨魚の一部では、成熟した雌の肝臓でもつくられ、卵巣へ運ばれると報告されてきました。ただし、どの組織で働くのかは魚の種類を通じて一貫して確かめられてはおらず、卵巣以外のさまざまな組織での発現を報告した研究もあります。

アメリカナマズ（チャネルキャットフィッシュ）と近縁のブルーキャットフィッシュは米国の養殖で重要な魚で、現在はアメリカナマズの雌とブルーキャットフィッシュの雄をかけ合わせた雑種が主流です。両種の性決定はよく調べられている一方、生殖腺がどう発達するかは研究されていませんでした。研究チームは、両種のゲノム（全遺伝情報）からZP遺伝子を洗い出して分類し、染色体上の位置や並び方を調べ、さらに性別・組織・細胞の種類・受精後の時期によって、これらの遺伝子がどう働くかを明らかにすることを目的としました。

何を、どのように調べたか

まず、公開データベースに登録された両種の基準ゲノムを対象に、既に名前の付いたZP遺伝子（両種とゼブラフィッシュのもの）を手がかりとして、配列の似た遺伝子を一定の基準で探し出しました。タンパク質をつくる読み枠を持たない、あるいは全く読み出されていない配列は、働きを失った「偽遺伝子」として区別しました。そのうえで、ヒト、マウス、ニワトリ、アフリカツメガエル、各種の魚のZP遺伝子と配列を比べて系統樹（遺伝子の類縁関係を示す図）を作り、ZP1、ZP2、ZP3、ZP4、ZPAX、ZPDという6つのグループのどれに当たるかを判定しました。

遺伝子がどこで働いているかは、組織の中で読み出されているRNAを網羅的に調べるRNA-Seqのデータを使って分析しました。これまでに公開・発表されたデータセットをまとめて解析し、受精後135日の雌雄の生殖腺のほか、筋肉、肝臓、腸、心臓、精巣、アメリカナマズの浮き袋などを比べています。雌雄の判別には、性別と連動するDNAの目印（性連鎖マーカー）を用いました。さらに、4つのグループ（ZPAX、ZPD、ZP3、ZP4）から1つずつ選んだ代表遺伝子について、別の手法（RT-PCR）で組織ごとの発現を確かめました。

どの種類の細胞で働くかを調べるため、受精後135日のアメリカナマズの雌の生殖腺について、細胞核1個ずつのRNAを調べる単一核RNA-Seqを行いました。また、ブルーキャットフィッシュの雌の生殖腺を受精後60日、75日、90日、135日と3歳の成魚から採取し、代表の4遺伝子がいつから働き始めるかを調べました。

主な報告結果

両種のゲノムでは、ZP3とZP4のグループの遺伝子が大きく増えていました。ブルーキャットフィッシュではZP3が20個、ZP4が13個、アメリカナマズではZP3が22個、ZP4が19個見つかり、これとは別に偽遺伝子がそれぞれ4個と5個ありました。一方、ZPAXはブルーキャットフィッシュで1個、アメリカナマズで2個、ZPDは両種とも1個だけでした。ZP2は両種には見つかりませんでした。増えたZP3・ZP4遺伝子は主に2番と17番の染色体に集まっており、位置の近さから、遺伝子が隣り合って複製される重複や、ゲノムの一部がまとまって複製される重複によって増えたと考えられるとしています。

これらのZP遺伝子は雌だけで働いていました。受精後135日の生殖腺では、両種とも見つかったZP遺伝子がすべて雌の生殖腺で発現していました。組織ごとの比較でも、発現は卵巣に限られ、肝臓を含むほかの組織では見られませんでした。例外は、アメリカナマズのZP4に似た遺伝子1個が精巣でわずかに検出されたことです。この遺伝子は雌の生殖腺でも発現量が低いものでした。研究チームは、アメリカナマズのデータが複数個体を混ぜた試料であり、「雄」の中に性転換した遺伝的な雌が混じっていた可能性を挙げています。個体ごとに解析したブルーキャットフィッシュでは、卵巣以外での発現はありませんでした。代表4遺伝子のRT-PCRでも、雌と卵巣に限った発現が確かめられました。

細胞の種類で見ると、ZP遺伝子が働いていたのは卵母細胞（卵のもとになる細胞）だけで、卵巣内の濾胞細胞、顆粒膜細胞、間質細胞、免疫細胞などでは見られませんでした。時期については、代表4遺伝子は受精後60日と75日の雌の生殖腺では検出されず、90日、135日、成魚で検出されました。

研究チームは、硬骨魚の種ごとのゲノム中の遺伝子数と卵膜の厚さとの関係も調べましたが、弱い正の相関が見られたものの、統計的に意味のある差ではありませんでした（スピアマンの順位相関係数0.286、p値0.493）。また、ZP遺伝子の発現を調節することが知られるFIGLAという遺伝子は、雌の生殖腺で雄のおよそ30倍以上発現していました。

この報告が示すこと

研究チームは、2種のナマズではZP遺伝子が雌の卵巣の中の卵母細胞に限って、成長する卵の時期に合わせて働いていることから、その発現が非常に厳密に制御されていると結論づけています。肝臓でもZP遺伝子が働く魚が報告されているのに対し、これらのナマズではその証拠は得られませんでした。研究チームは、ナマズ類が硬骨魚の中で比較的原始的なグループに属することから、この結果は予想に合うものだとしています。

ZP3・ZP4遺伝子が大量に増えている理由について、著者らは、厚い卵膜をつくるために大量のタンパク質が必要なことと関係している可能性を挙げています。ただし、両種の卵膜の厚さはまだ測定されておらず、厚いという判断は胚に微量注入を行った際の経験に基づくものです。また、種間比較では遺伝子数と卵膜の厚さとのはっきりした関係は示されず、著者らはタンパク質の量がさまざまな段階で調節されている可能性を示唆しています。

雌の卵巣だけで働く仕組みについては、FIGLAによる調節のほか、DNAメチル化などの化学的な修飾や染色体の立体構造が関わる可能性を挙げつつ、解明にはさらなる研究が必要だとしています。発現の始まる時期が卵の形成の時期と一致する点についても、詳しい研究はまだないと述べています。

原著論文の著者・所属：Tong Chen（Department of Biology, College of Arts and Sciences, Tennessee Technological University, Cookeville, TN 38505, USA; Environmental Sciences Ph.D. Program, School of Environmental Studies, Box 5152, Tennessee Technological University, Cookeville, TN 38505, USA）、Dongya Gao（Department of Biology, College of Arts and Sciences, Tennessee Technological University, Cookeville, TN 38505, USA）、Baofeng Su（School of Fisheries, Aquaculture and Aquatic Sciences, Auburn University, Auburn, AL 36849, USA）、Rex Dunham（School of Fisheries, Aquaculture and Aquatic Sciences, Auburn University, Auburn, AL 36849, USA）、Zhanjiang Liu（Department of Biology, College of Arts and Sciences, Tennessee Technological University, Cookeville, TN 38505, USA）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Tong Chen, Dongya Gao, Baofeng Su, et al. Genomic Amplification and Ovary-Specific Expression of Zona Pellucida Genes in Channel Catfish and Blue Catfish. International Journal of Molecular Sciences（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-10-14. DOI: 10.3390/ijms27209100. 原著ライセンス：CC BY.