ゼブラフィッシュの卵子成熟におけるPDE5aの役割

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Gen. Comp. Endocrinol..2020 01;286:113303. S0016-6480(19)30293-X. doi: 10.1016/j.ygcen.2019.113303.Epub 2019-10-22.

ゼブラフィッシュの卵子成熟におけるPDE5aの役割

The role of PDE5a in oocyte maturation of zebrafish.

Jianzhen Li
Lin Bai

PMID: 31654676 DOI: 10.1016/j.ygcen.2019.113303.

抄録

近年、脊椎動物において、卵子成熟における環状グアノシン一リン酸（cGMP）シグナル伝達経路の重要性が注目されています。これまで私たちは、ゼブラフィッシュをモデルとして、卵子成熟におけるcGMPの役割とcGMPプロテインキナーゼ（PKG）の作用を明らかにしてきました。本研究では、ゼブラフィッシュの卵子成熟期におけるcGMP特異的ホスホジエステラーゼ（PDE5a）の機能をさらに解析した。ゼブラフィッシュでは、2つの異なるPDE5aコード遺伝子（PDE5aaとPDE5ab）が同定され、卵巣を含むほとんどの成体組織で発現していることが明らかになった。pde5aa と pde5ab の両方の mRNA は、卵胞細胞では発現していませんが、卵巣では優勢に発現しています。哺乳類のPDE5aとリン酸化PDE5aを標的とした2つの市販抗体をゼブラフィッシュで検証したところ、両抗体はゼブラフィッシュのPDE5abとリン酸化PDE5abをそれぞれ検出するのに使用できることがわかりました。また、両抗体を用いて、PDE5ab は卵子にしか発現しておらず、ヒト慢性ゴナドトロピンによる卵子の成熟期には、卵子における PDE5ab のリン酸化が活性化される可能性があることを明らかにしました。また、興味深いことに、PDE5a 阻害剤であるシルデナフィルとタダラフィルのいずれかを投与することで卵子の成熟が促進され、PDE5a 阻害剤である KT5823 と 2 種類のギャップジャンクション阻害剤を投与することで、卵子の成熟が完全に阻害されることが明らかになった。これらの結果はいずれも、ゼブラフィッシュの卵子成熟維持におけるPDE5aの重要性を明確に示している。哺乳類と比較すると、ゼブラフィッシュではPDE5aの機能モデルが異なっており、進化の過程でPDE5aの機能が魚類の卵細胞から哺乳類の肉芽細胞へと移行している可能性が示唆された。

The importance of cyclic guanosine monophosphate (cGMP) signaling pathway in oocyte maturation has recently attracted much attention in vertebrates. Previously, using zebrafish as a model, we have revealed the role of cGMP and the action of cGMP protein kinase (PKG) in oocyte maturation. In the present study, the function of a cGMP specific phosphodiesterase (PDE5a) is further analyzed in oocyte maturation in zebrafish. Two distinct PDE5a coding genes (named PDE5aa and PDE5ab) were identified in zebrafish, and expressed in most adult tissues including ovary. Both pde5aa and pde5ab mRNA are predominantly expressed in the oocyte but not in follicular cells. Two commercial antibodies targeted to mammalian PDE5a and phosphorylated PDE5a were validated in zebrafish, and we found both antibodies can be used to detect PDE5ab and phosphorylated PDE5ab of zebrafish, respectively. Using both antibodies, we found PDE5ab is only expressed in the oocyte and the phosphorylation of PDE5ab in oocyte could be activated during oocyte maturation induced by human chronic gonadotropin. Intriguingly, we found that the oocyte maturation could be stimulated by treatment of either two different PDE5a inhibitors, sildenafil or tadalafil, and such effects could be completely blocked by a PKG inhibitor KT5823 and two gap junction blockers, respectively. All of these results clearly demonstrate the importance of PDE5a in maintaining the oocyte maturation of zebrafish. When compared with mammals, the functional model of PDE5a is different in zebrafish, suggesting the function of PDE5a might shift from the oocyte in fish to the granulosa cell in mammals during evolution.