CRISPR/Cas9を介在させたゲノム編集マウスにより、精巣に濃縮された10個の遺伝子が男性の繁殖には不要な遺伝子であることが明らかになった

CRISPR/Cas9-mediated genome-edited mice reveal 10 testis-enriched genes are dispensable for male fecundity.

• Soojin Park
• Keisuke Shimada
• Yoshitaka Fujihara
• Zoulan Xu
• Kentaro Shimada
• Tamara Larasati
• Putri Pratiwi
• Ryan M Matzuk
• Darius J Devlin
• Zhifeng Yu
• Thomas X Garcia
• Martin M Matzuk
• Masahito Ikawa

抄録

世界の人口が持続不可能なレベルまで増加し続ける中、避妊の重要性と新しい避妊具の開発が浮上してきています。これまでのところ、男性の避妊法は女性の避妊法に遅れをとっており、利用できる数少ない避妊法は誰もが満足できるものではありませんでした。この問題を解決するために、私たちは、非ホルモン性避妊薬の新しい標的タンパク質の候補を探してきました。精巣特異的なタンパク質は、男性の生殖に関与している可能性が高く、低分子で標的化することで他の臓器に悪影響を及ぼすことがないと予測されるため、男性用避妊薬のターゲットとして魅力的です。インシリコ解析を用いて、マウスおよびヒトの精巣に多く存在する遺伝子として、Erich2、Glt6d1、Prss58、Slfnl1、Spl2c、Stpg3、Tex33、Tex36を同定した。4930402F06Rikおよび4930568D16Rikという遺伝子は、マウスでは発見されたがヒトでは発見されなかったGlt6d1の精巣豊富なパラログであり、潜在的な補償を排除するために我々の研究にも含まれていた。CRISPR/Cas9システムを用いて、リストされた全ての遺伝子のノックアウト（KO）マウス系統を生成した。個々のKOマウス系統の全てとGelt6d1/4930402F06Rik/4930568D16Rik TKOマウス系統の解析を行った結果、生殖器官に観察可能な欠陥を持たない雄性生殖能力を有することが明らかになりました。タンパク質の機能を明らかにするためには、さらなる研究が必要であるが、CRISPR/Cas9 システムを用いた in vivo 機能スクリーニングは、男性不妊に必須の遺伝子を迅速かつ正確に見つける方法であり、他の場所で発現している遺伝子の研究にも応用できる可能性がある。今回の研究では、非ホルモン性男性避妊薬の標的となりうるタンパク質を見つけることはできませんでしたが、我々の発見は、必須遺伝子のみを見つけ、それに焦点を当てる努力を合理化するのに役立ちました。

As the world population continues to increase to unsustainable levels, the importance of birth control and the development of new contraceptives are emerging. To date, male contraceptive options have been lagging behind those available to women, and those few options available are not satisfactory to everyone. To solve this problem, we have been searching for new candidate target proteins for non-hormonal contraceptives. Testis-specific proteins are appealing targets for male contraceptives because they are more likely to be involved in male reproduction and their targeting by small molecules is predicted to have no on-target harmful effects on other organs. Using in silico analysis, we identified Erich2, Glt6d1, Prss58, Slfnl1, Sppl2c, Stpg3, Tex33, and Tex36 as testis-abundant genes in both mouse and human. The genes, 4930402F06Rik and 4930568D16Rik, are testis-abundant paralogs of Glt6d1 that we also discovered in mice but not in human, and were also included in our studies to eliminate the potential compensation. We generated knockout (KO) mouse lines of all listed genes using the CRISPR/Cas9 system. Analysis of all of the individual KO mouse lines as well as Glt6d1/4930402F06Rik/4930568D16Rik TKO mouse lines revealed that they are male fertile with no observable defects in reproductive organs, suggesting that these 10 genes are not required for male fertility nor play redundant roles in the case of the 3 Glt6D1 paralogs. Further studies are needed to uncover protein function(s), but in vivo functional screening using the CRISPR/Cas9 system is a fast and accurate way to find genes essential for male fertility, which may apply to studies of genes expressed elsewhere. In this study, although we could not find any potential protein targets for non-hormonal male contraceptives, our findings help to streamline efforts to find and focus on only the essential genes.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of Society for the Study of Reproduction.