Establishing sex spectrum by social experience and the neural mechanisms underlying it

• Project Area: Spectrum of the Sex: a continuity of phenotypes between female and male
• Project/Area Number: 20H04932
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Azabu University
• Principal Investigator: 菊水 健史 麻布大学, 獣医学部, 教授 (90302596)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000); Fiscal Year 2021: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2020: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: マウス / テストステロン / 超音波発声 / 社会的順位 / 神経操作 / スペクトラム / 集団 / 超音波 / 性スペクトラム / LMT / 性的ゆらぎ / 超音波音声 / 社会経験

Outline of Research at the Start

性の戦略は決して2極化だけが優位に働くわけではない。オスらしさを隠蔽し、オス同士の激しい競争から逃れつつ、繁殖の機会を狙うという戦略が魚類や鳥類で認められており、オスの多様な表現型、すなわち性スペクトルとして知られてきた。研究代表者はオスマウスがメスに向けて発する超音波音声（ultrasonic vocalizations, USVs）には発声頻度や構造に幅広い多様性が存在し、オスの性スペクトラム表現型であることを見出した。今回、このような性スペクトラムが獲得される際の社会経験の影響ならびにその獲得過程におけるテストステロンの役割を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

我々は以前、オスマウスの超音波発声（USV）発声がテストステロンの組織的効果に依存し、スペクトラム型であることを報告した。具体的にはプロピオン酸テストステロン（TP）を投与したオスとメスでは、対照のオスとメスに比べて、USVの頻度が高くなった。USVを9つのタイプに分類した場合も、雄雌で際立った差はなかったが、TPは高周波数のUSVを増加させ、低周波数で短時間のUSVを減少させた。また、USVの種類別の遷移解析では、TP処理したオスとメスは、それぞれ通常のオス、メスと同様の遷移パターンを示した。このことは、USVのスペクトラムには、テストステロン非依存的な性差があることを示唆した。
次にマウスの集団生活場面におけるUSVの変化とテストステロンの変化を解析した。社会的な順位形成後には、１）ランクが上がるとシラブルの曲点の数が低下、２）ランクの変動と体重、テストステロンの変動、USVの発声回数の変動は相関なし、３）テストステロンが上昇すると周波数変動が上昇、４）テストステロンが上昇すると、周波数直線性が上昇の結果が得られた。このことからこれまでの仮説を異なり、ランクとUSV、テストステロンとUSVの関係はそれぞれ認められるが連動しないことが示された。これはUSVの構造内にはテストステロン依存性成分と、ランク依存性成分が混在していることを意味する。
最後に、集団で生活する際、順位を人為的に操作し、USVの特徴量の変化を調べた。視床下部のVMHにDreaddsを導入することで、順位をかき乱すことに成功した。また、ランクの変動に伴うテストステロンの変動は認められず、テストステロンはある程度、一貫した値を保つことが示された。社会ランクとテストステロン、USVのスペクトラムに関しては一部関連するものの、直接的な関与が否定された。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Oxytocin neurons enable social transmission of maternal behaviour (2021)
  • Author(s): Carcea I、Caraballo N、Marlin B、Ooyama R、Riceberg J、Mendoza N、Opendak M、Diaz V、Schuster L、Alvarado T、Lethin H、Ramos D、Minder J、Mendoza S、Bair-Marshall C、Samadjopoulos G、Hidema S、Falkner A、Lin D、Mar A、Wadghiri Y、Nishimori K、Kikusui T、Mogi K、Sullivan R、Froemke R.
  • Journal Title: Nature Volume: 596 Issue: 7873 Pages: 553-557
  • DOI: 10.1038/s41586-021-03814-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The olfactory critical period is determined by activity-dependent Sema7A/PlxnC1 signaling within glomeruli (2021)
  • Author(s): Inoue N, Nishizumi H, Ooyama R, Mogi K, Nishimori K, Kikusui T, Sakano H
  • Journal Title: eLife Volume: 10 Pages: 65078-65078
  • DOI: 10.7554/elife.65078
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Testosterone Increases the Emission of Ultrasonic Vocalizations With Different Acoustic Characteristics in Mice (2021)
  • Author(s): Kikusui Takefumi、Sonobe Miku、Yoshida Yuuki、Nagasawa Miho、Ey Elodie、de Chaumont Fabrice、Bourgeron Thomas、Nomoto Kensaku、Mogi Kazutaka
  • Journal Title: Frontiers in Psychology Volume: 12 Pages: 680176-680176
  • DOI: 10.3389/fpsyg.2021.680176
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Validation of a newly generated oxytocin antibody for enzyme-linked immunosorbent assays (2021)
  • Author(s): MURATA Kaori、NAGASAWA Miho、ONAKA Tatsushi、TAKEYAMA Ken-ichi、KIKUSUI Takefumi
  • Journal Title: Journal of Veterinary Medical Science Volume: 83 Issue: 3 Pages: 478-481
  • DOI: 10.1292/jvms.20-0723
  • NAID: 130008021179
  • ISSN: 0916-7250, 1347-7439
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The blockade of oxytocin receptors in the paraventricular thalamus reduces maternal crouching behavior over pups in lactating mice. (2020)
  • Author(s): A. Watarai, S. Tsutaki, K. Nishimori, T. Okuyama, K. Mogi, T. Kikusui
  • Journal Title: Neuroscience Letters Volume: 720 Pages: 134761-134761
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2020.134761
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Female C57BL/6 and BALB/c mice differently use the acoustic features of male ultrasonic vocalizations for social preferences (2020)
  • Author(s): NOMOTO Kensaku、HASHIGUCHI Akiko、ASABA Akari、OSAKADA Takuya、KATO Masahiro、KOSHIDA Nobuyoshi、MOGI Kazutaka、KIKUSUI Takefumi
  • Journal Title: Experimental Animals Volume: in press Issue: 3 Pages: 1341-1357
  • DOI: 10.1538/expanim.19-0119
  • NAID: 130007884753
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Maternal approach behaviors toward neonatal calls are impaired by mother's experiences of raising pups with a risk gene variant for autism. (2020)
  • Author(s): Risa Kato, Akihiro Machida, Kensaku Nomoto, Gina Kang, Takeshi Hiramoto, Kenji Tanigaki, Kazutaka Mogi, Noboru Hiroi, Takefumi Kikusui
  • Journal Title: Dev Psychobiol Volume: 63 Issue: 1 Pages: 108-113
  • DOI: 10.1002/dev.22006
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Testosterone regulates the emission of ultrasonic vocalizations and mounting behavior during different developmental periods in mice (2020)
  • Author(s): Kikusui Takefumi、Shima Yuichi、Sonobe Miku、Yoshida Yuuki、Nagasawa Miho、Nomoto Kensaku、Mogi Kazutaka
  • Journal Title: Developmental Psychobiology Volume: 0 Issue: 4 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1002/dev.22045
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 社会内分泌学：社会をつくる内分泌の役割 (2020)
  • Author(s): 菊水健史
  • Organizer: 日本神経科学会
  • Invited