大阪大学大学院医学系研究科の山室禎 研究生（遺伝学）（研究当時、現ハーバード大学博士研究員）、中村修平　准教授（遺伝学/大学院生命機能研究科 細胞内膜動態研究室/高等共創研究院）、吉森保 教授（遺伝学/大学院生命機能研究科 細胞内膜動態研究室）のグループは大阪大学微生物病研究所の伊川正人 教授らと共同で、これまで十分に理解されていなかったセルトリ細胞による精子形成や維持に関わるメカニズムについて、セルトリ細胞のRubicon (Run domain Beclin-1 interacting and cysteine-rich containing protein)がオートファジーを制御し、精子形成を維持していることと、その背景にあるメカニズムを明らかにしました。

これまでに研究グループは、オートファジーの抑制因子であるRubiconが加齢に伴い蓄積すること、また、Rubiconを抑制してオートファジー活性を高くした個体は寿命が延びることを明らかにしました。一方で、脂肪組織においては、加齢に伴いRubiconが減少することでオートファジー活性が過剰になり、生活習慣病を引き起こすことも明らかにしています。

今回、研究グループは、オートファジーの抑制因子であるRubiconを全身で欠損させることによりオートファジー活性を高めたマウスでは、精巣重量が減少し、精子形成と妊孕性が低下することを見出しました（図１）。さらに、精巣の様々な細胞の中でも、セルトリ細胞のRubiconを欠損させた際に精子形成が低下することを発見しました。Rubiconを抑制すると、GATA4というセルトリ細胞に重要なタンパク質をオートファジーが分解・減少させてしまうことも分かりました。これにより、オートファジーの活性化がセルトリ細胞の機能を低下させ、男性不妊の一因になりうることが明らかになりました。今後、男性不妊の診断や治療に役立てられることが期待されます。

本研究成果は、米国科学誌「PLOS Genetics」に、8月6日（金）午前３時（日本時間）に公開されました。

図1. 全身Rubicon欠損マウスでは精子形成が低下する
マウス精巣のヘマトキシリン・エオジン染色（HE染色）像を示す。＊は精子の枯渇した箇所を示している。野生型と比較し、全身でRubicon遺伝子を欠損してオートファジー活性を増加させたマウスでは、精子形成が低下しているといえる。

精原幹細胞は自らを無数に複製し、その一部が精母細胞、精子細胞、精子の順に分化することで、精子形成が維持されています。セルトリ細胞は精子を形成していく細胞群を物理的・内分泌的にサポートし、これらの細胞の維持・分化に重要な働きをしています。これまでGATA4と呼ばれる転写因子がセルトリ細胞の機能に必須であることは分かっていましたが、GATA4がセルトリ細胞でどのように制御されているかは不明でした。

　オートファジーは細胞内の不要物を分解・除去することで、細胞を健康に保っています。これまでの研究で、オートファジーの活性化はがんや神経変性疾患など、様々な疾患を抑制しうることが示されています。本研究グループの吉森教授と中村准教授は2019年に、オートファジーの抑制因子であるRubiconを欠損させてオートファジーを高めると、腎臓や神経系の加齢性疾患が改善することを明らかにしました（https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2019/20190219_2）。また、脂肪組織においては逆に、Rubiconを欠損させると糖尿病や脂肪肝が引き起こされることも示しました（https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2020/20200820_2）。その一方で、Rubiconの精巣や生殖腺の老化における役割や機序は未解明でした。

まず、全身でRubiconを欠損させ、オートファジー活性を増加させたマウスの精巣を調べたところ、このマウスでは精巣重量が減少し、精子形成が低下していることが分かりました（図1）。さらに、精子運動能や妊孕性が低下していることも見出しました。正常なマウスではRubiconは精巣内のいずれの細胞にも存在していたため、どの細胞のRubiconが精子形成に重要なのか分かりませんでした。そこで精巣の遺伝子発現を解析したところ、全身でRubiconを欠損したマウスでは、セルトリ細胞に関わる遺伝子の発現のみ低下していることが判明しました。そのためセルトリ細胞のRubiconのみ欠損させたマウスを作成して調べたところ、精子形成が低下し、精原幹細胞の数も減少していました（図2）。これらの結果から、Rubiconはセルトリ細胞が精原幹細胞を維持する働きに必要であると考えられます。

さらに解析を進めたところ、Rubiconを欠損させたマウスでは、GATA4というセルトリ細胞に必須の転写因子がオートファジーによって分解されていることが判明しました。また、アンドロゲン（男性ホルモン）の働きを阻害する薬剤を投与すると、精巣内のRubiconやGATA4が減少することが明らかになりました。これらの結果から、アンドロゲンが精巣内のRubiconを一定に維持し、セルトリ細胞におけるGATA4のオートファジー分解を制御している可能性が示唆されます（図3）。子育て中の雄ではアンドロゲンが低下することが知られており、オートファジーがGATA4を分解することであえて妊孕性を低下させ、子育てに集中させる仕組みが備わっているのかもしれません。

図2. セルトリ細胞でRubiconを欠損させたマウスでは精原幹細胞が減少する
マウス精巣のPLZF染色像を示す。PLZFは精原幹細胞のマーカーである。矢印は精原幹細胞を示している。コントロールと比較し、セルトリ細胞のRubicon遺伝子を欠損したマウス（RubiconAmh–/–マウス）では精原幹細胞が減少しているといえる。

図3. セルトリ細胞におけるGATA4の制御機構
未処理のセルトリ細胞では、RubiconがGATA4のオートファジー分解を負に制御している（左図）。抗アンドロゲン薬を処理したセルトリ細胞ではRubiconが減少し、リソソームとオートファゴソームが融合し、GATA4のオートファジー分解が進行する（右図）。

深刻な少子化が起きている日本では、晩婚化の進行に伴う不妊が大きな社会的問題となっています。不妊の約半数は男性に原因があり、さらに、男性不妊の約半数は原因不明と考えられています。本研究では、セルトリ細胞での過剰なオートファジーが妊孕性低下の一因となることが明らかになりました。原因不明とされていた男性不妊の一部に、セルトリ細胞でのオートファジー過剰が関わっている可能性があり、今回の発見が男性不妊の診断・治療に役立てられることが期待されます。