適応的な昆虫発育を制御する受容体を介したステロイドホルモン生合成調節機構の解明

• Project/Area Number: 12J40063
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Developmental biology
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 島田 裕子 筑波大学, 生命環境系, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,960,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2012: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: エクジステロイド / セロトニン産生神経 / 前胸腺 / キイロショウジョウバエ / ステロイドホルモン / オクトパミン / セロトニン / 栄養 / 昆虫 / 発生 / 生体アミン / ショウジョウバエ / エクジソン

Outline of Annual Research Achievements

多くの生物個体の発育や成熟はステロイドホルモンによって誘導される。ステロイドホルモンは、外環境に応じて、適切なタイミングで適正量作られることが重要である。例えば、成長期に栄養が十分でない場合、ステロイドホルモン生合成のタイミングが遅れることで、成熟が遅れる。ステロイドホルモン生合成のメカニズムを理解するためには、外環境が生合成器官に伝えられる仕組みを調べることが重要である。
昆虫ステロイドホルモンはエクジステロイド（脱皮ホルモン）と呼ばれ、脱皮や変態を誘導する。キイロショウジョウバエの幼虫は、摂取した栄養量に応じて蛹になるタイミングが変化することから、何らかのシグナルが栄養に応じてエクジステロイド生合成を調節すると予想される。そこで本研究員は、そのようなシグナルの候補としてセロトニンとオクトパミンに注目し、その役割を追究した。
まず本研究員は、エクジステロイド生合成器官「前胸腺」にセロトニン産生神経が投射することを新たに見出して、SE0PGと名付けた。SE0PG神経の機能を抑制すると、エクジステロイド生合成遺伝子群の発現が減少し、エクジステロイド生合成量が低下した。興味深いことに、SE0PG神経の投射パターンは、幼虫の栄養状態によって変化し、栄養依存的な蛹化タイミングと密接に相関した。さらに、本研究員は、セロトニン受容体・オクトパミン受容体の機能を前胸腺で抑制した場合にもエクジステロイド生合成阻害が起こることを明らかにした。
これまでの研究では、主に前胸腺刺激ホルモンやインスリン等の神経ペプチドが注目されてきた。それに対して本研究は、神経伝達物質として有名な生体アミンが作用することを初めて示した。さらに、栄養依存的な神経の形態変化と役割が密接に関わることも示した。今回の発見は、ステロイドホルモン生合成調節機構の新たな仕組みを解明したものである。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Autocrine regulation of ecdysone synthesis by β3-octopamine receptor in the prothoracic gland is essential for Drosophila metamorphosis. (2015)
  • Author(s): Ohhara Y., Shimada-Niwa Y., Niwa R., Kayashima Y., Hayashi Y., Akagi K., Ueda H., Yamakawa-Kobayashi K., and Kobayashi S.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 112 Issue: 5 Pages: 1452-1457
  • DOI: 10.1073/pnas.1414966112
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Enzymes for ecdysteroid biosynthesis: Their biological functions in insects and beyond. (2014)
  • Author(s): Niwa R. and Niwa YS.
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 78 Issue: 8 Pages: 1283-1292
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.942250
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Serotonergic neurons respond to nutrients and regulate the timing of steroid hormone biosynthesis in Drosophila. (2014)
  • Author(s): Shimada-Niwa Y. and Niwa R.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 15 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/ncomms6778
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Neural control of steroid hormone biosynthesis during development in the fruit fly Drosophila melanogaster (2014)
  • Author(s): Yuko S. Niwa and Ryusuke Niwa
  • Journal Title: Genes and Genetic Systems Volume: (印刷中)(掲載確定)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Neuronal controls of developmental transition via modulating steroid hormone biosynthesis in the fruit fly Drosophila melanogaster (2015)
  • Author(s): Shimada-Niwa Y. and Niwa R.
  • Organizer: 48th Annual Meeting for the Japanese Society of Developmental Biology
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-06-05
  • Invited
• [Presentation] Nutrient-dependent regulation of Steroid hormone biosynthesis in the puberty of fruit fly Drosophila melanogaster (2014)
  • Author(s): Shimada-Niwa Y. and Niwa R.
  • Organizer: Tsukuba Global Science Week “Aging Sciences”
  • Place of Presentation: 筑波大学（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2014-09-30
  • Invited
• [Presentation] 栄養依存的な昆虫ステロイドホルモン生合成調節機構における新規ニューロンの同定と役割の解析 (2013)
  • Author(s): 島田裕子
  • Organizer: 日本遺伝学会第85回大会
  • Place of Presentation: 慶応大学日吉キャンパス
  • Year and Date: 2013-09-19
  • Invited
• [Presentation] The role of neurotransmitter receptors in the regulation of steroid hormone biosynthesis and developmental progression in Drosophila (2012)
  • Author(s): Yuko Shimada-Niwa
  • Organizer: 第10回日本ショウジョウバエ研究集会(JDRC2012)
  • Place of Presentation: 東京慈恵会医科大学 (東京都)
  • Year and Date: 2012-10-14
• [Presentation] G-protein coupled receptors for regulating ecdysteroid biosynthesis in the fruit fly Drosophila melanogaster (2012)
  • Author(s): Yuko Shimada-Niwa
  • Organizer: 国際昆虫学会2012 (International Congress of Entomology, 2012)
  • Place of Presentation: 韓国、テグ市(招待講演)
  • Year and Date: 2012-08-19
• [Presentation] Neurotransmitter receptors are essential for controlling developmental transition via steroid hormone biosynthesis in Drosophila. (2012)
  • Author(s): Yuko Shimada-Niwa
  • Organizer: 日本発生学会細胞生物学会第45回合同大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場(神戸市)
  • Year and Date: 2012-05-28
• [Remarks] JSTプレスリリース
  • URL: http://www.jst.go.jp/pr/announce/20141215/index.html
• [Remarks] 筑波大学プレスリリース
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201412151900.html
• [Remarks] サイエンスポータル
  • URL: http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/2014/12/20141216_01.html
• [Remarks] 財経新聞
  • URL: http://www.zaikei.co.jp/article/20141218/227209.html
• [Remarks] 日経新聞
  • URL: http://www.nikkei.com/article/DGKKZO81414670X21C14A2MZ9000/