Pubertal estrogen leads to formation of neural network for sexual orientation

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K06880
• Research Institution: Nippon Medical School
• Principal Investigator: 濱田 知宏 日本医科大学, 医学部, 助教 (90312058)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐久間 康夫 日本医科大学, 医学部, 研究生 (70094307)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 思春期 / 性指向性 / 視索前野性的二型核 / 分界条床核 / エストロゲン / 性差

Outline of Annual Research Achievements

脳には解剖学的な性差があり、例えば視索前野性的二型核や分界条床核主部は雄で大きい神経核であるが、出生前後に一過性に放出される性ホルモンによって、その基盤が形成されることが知られている。一方で思春期は性ホルモン分泌が大きく変化する時期である。心の性は生物学的な性と異なり、雄と雌の間に多種多様な色合いが存在するが、その形成も脳の性差が関係していると考えられているが、その詳細は不明である。本研究は心の性のモデルとしてラットの性指向性に着目し、性差のある領域を緑色蛍光タンパク（GFP）で特異的に可視化した動物を活用することで、心の性を決定する神経回路は性差のある領域で構成され、その回路形成および機能発現には思春期のエストロゲンが重要であるという仮説を検証するものである。
発情雌は通常、成熟雄の匂いに指向性を示すが、思春期前に卵巣摘除するとその指向性を示さず、思春期を模倣する形でホルモン投与をすると成熟雄への指向性を示したことから、性指向性に関わる神経回路形成に思春期のエストロゲンが必要であることが示唆された。神経活動の指標であるcFos発現について検討したところ、性指向性発現時に性差のある領域とその周辺の活性化が観察された。また、蛍光トレーサー脳内微小注入によりGFPでラベルされた神経細胞が、メスの性行動中枢である視床下部腹内側核に投射していることが示唆された。
一方で神経細胞の活性化をリアルタイムに観察する目的で、cFos発現に伴って赤色蛍光タンパクを発現するトランスジェニックラットの脳神経初代培養細胞のタイムラプス記録を行ったところ、興奮性アミノ酸を培養液中に投与することで、赤色蛍光タンパクが発現する過程を観察することができた。これにより、個々の神経細胞がどのような神経伝達物質に反応するかを網羅的に解析することが可能となると思われる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

使用可能な抗体を入手できたことにより、神経活動の指標としてcFosタンパクの免疫染色結果を得ることができ、予想通り性差のある領域が性指向性に関わっていることが示唆された一方で、GFPでラベルされた細胞でのcFos発現は予想より少なかった。また蛍光トレーサー脳内微小注入による神経回路観察では、特にメスの性行動中枢である視床下部腹内側核との関係が示されている。しかしながら、どちらもまだ例数が少なく、今後の研究に依存するところが大きいと考えたため、「やや遅れている」と評価した。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究推進方策としては、できる限り当初の研究実施計画に沿うように進めていくつもりである。すなわち「思春期のエストロゲンにより、分界条床核から投射を受ける視索前野性的二型核ニューロン樹状突起のスパインが増加し、神経伝達効率が上昇することが、性指向性神経回路機能発現に寄与する」という作業仮説を検証すべく、以下の研究を実施する。
性指向性を司る機能的神経回路として、分界条床核から視索前野性的二型核への投射が重要であるという仮説を検討するために、両神経核のGFP発現細胞を観察対象として、性指向性発現時のcFos発現（神経細胞活性化指標）やスパイン形成、脳定位手術による蛍光トレーサー微小注入および各種神経伝達物質やその受容体の免疫組織学的な研究を組み合わせ、さらなる詳細な形態学的な検討を行う。いずれも思春期エストロゲン暴露の有無での比較検討を基本とする。スパイン形成に関しては脳スライス培養とタイムラプスイメージングを用い、エストロゲンによるスパイン形成過程を可視化する。なお、今年度の結果を生かし、cFos発現に伴って赤色蛍光タンパクを発現するトランスジェニックラットと、性差のある領域をGFPで特異的に可視化したトランスジェニックラットの交配により得られたダブルトランスジェニックラットを用いることで、神経細胞活性化に関するリアルタイムでの観察も行う予定である。

Causes of Carryover

研究以外の業務が増加したため、予定通りの研究が行えなかったことと、論文発表が遅れたために次年度に繰り越す使用額が生じた。
論文投稿料で使用する予定である。