メダカの脳の神経回路を丸ごと解析 生殖周期を制御する脳内ニューロンと脳下垂体の周期的活動を発見
メダカにおける排卵調節の脳内メカニズムを示す模式図 ©Yoshitaka Oka
メダカでは、日長や水温などの感覚情報が脳内に伝えられてGnRH（生殖腺刺激ホルモン放出ホルモン）を作るニューロンの発火活動が一日の夕方の時間帯に高まり、これによりGnRHニューロンからGnRHが放出されて脳下垂体に作用する。一方で、GnRHは数時間後にLH（排卵の引き金を引く脳下垂体ホルモン）の遺伝子発現を高め、脳下垂体細胞にLHを作らせる。こうした過程によりGnRHペプチドは、GnRHニューロンの発火頻度が高まる夕方の時間帯に大量に放出されて脳下垂体に作用し、素早くLHを大量放出させることにより排卵を引き起こす。同時に、GnRHは数時間後にLHの遺伝子発現を上昇させるように作用して翌日の大量放出のためのストックとなるLHを合成する、という二重の作用をもたらすことが予想される。
東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻の岡良隆教授らの研究グループは、雌の動物が示す生殖周期が脳によるホルモン分泌の周期的調節によって生じるしくみを、GnRH1とよばれるペプチドニューロン（注1）を蛍光たんぱく質GFP（注2）で光らせた遺伝子改変メダカ脳の神経活動とホルモン合成活動を解析することにより明らかにした。蛍光タンパク質標識したメダカを用いて生きたままの脳に近い状態で、生殖調節に直接関与する神経細胞からの活動を記録し、ホルモン分泌との時間的関係を明らかにしたのは世界で初めてである。雌が示す動物に固有の生殖周期を制御する脳とホルモンのしくみは、1970年代にGnRHペプチドが発見されて以来多くの研究者の関心を引いてきたが、それを神経回路から細胞までのレベルで詳細に解析するための実験動物系は存在しなかった。今回のような遺伝子改変メダカを用いると、動物の示す生理的な条件下で起きる1日の生殖周期を通じて脳と脳下垂体の活動が調節される機構をつぶさに見ることができ、今後、生殖の制御メカニズムを探索する有用な実験系として活用されることが期待される。
注1）ペプチドニューロン：ペプチドは、複数のアミノ酸よりなる分子で、ホルモンや脳内生理活性物質としてはたらく。ペプチドニューロンは、それらを作り分泌するニューロンのこと。
注2）GFP：下村脩博士のノーベル賞受賞で有名になった、オワンクラゲがもつ蛍光タンパク質
論文情報
苅郷友美、神田真司、高橋晶子、阿部秀樹、大久保範聡、岡良隆,
“Time-of-Day-Dependent Changes in GnRH1 Neuronal Activities and Gonadotropin mRNA Expression in a Daily Spawning Fish, Medaka” ,
Endocrinology Online Edition: 2012/April/27 (Japan time), doi: 10.1210/en.2011-2022.
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