2020 Fiscal Year Annual Research Report

Regulatory mechanisms of nutrient selective behavior by metabolic and endocrine control in omnivorous insects

Research Project

Project/Area Number	19H02967
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	永田晋治東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (40345179)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	鈴木雅京東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (30360572) 倉石貴透金沢大学, 薬学系, 准教授 (90613167)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	昆虫 / 共食い行動 / 脂質
Outline of Annual Research Achievements	本申請研究では、雑食性昆虫種で認められる栄養分選好性を分子レベルで探究することを目的としている。スズムシやコオロギは雑食性を示すが、これらの種では本能的な栄養分選好性行動が健全な成長と生育に必須であることが分かっている。この現象を分子レベルで明らかにするため、フタホシコオロギを用いて研究を遂行している。 ①フタホシコオロギの栄養分選好性は、末梢組織と神経系の連絡が重要であることから、令和2年度では、すでに見出している脂肪体で発現しているペプチドホルモン受容体と脂肪体内での代謝系の関連性をさらに追究した。脂質生合成経路と各代謝系が栄養分選好性に重要であることは確認できたが、中心的な因子は未だに明らかにできていない。ただし、脂肪組織や脳神経系でのインスリンシグナル経路の活性化が栄養分選好性に関与していることは分かった。 ②令和元年度に明らかにした栄養分センサーとしての側心体(CC)のRNA-Sequencing解析にて内分泌系に関わる分子群の分析をした。各ホルモンおよびその受容体の塩基配列は完全に把握できていない。この解析は令和3年度に持ち越すこととなった。最終的には、CC特異的な内分泌系プロファイルから、栄養分選好性行動の制御機構を明らかにしたい。 ③動物食および植物食を特徴づける餌中成分として、脂質が重要な候補分子であることが分かった。令和元年度では餌中のステロール成分に着目した。餌中の植物ステロールとコレステロールの比が異なっていても体内のステロール組成は安定することが分かった。また、雑食性の昆虫種が、植食性種と同様に植物ステロールからコレステロールを変換することが分かった。加えて、代謝経路が不明であるステロール化合物を見出すことができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 申請研究の研究目的の3つの項目別に記す。 ①フタホシコオロギにおいて、栄養分選好性に関わる因子として脂肪体の代謝経路の活性化状態と脂肪体での内分泌系の因子が重要であることが分かってきた。インスリンなどを始め、どの分泌性因子が重要であるかを明らかにするため、脂肪体由来のRNA-sequencing解析を令和元年度に引き続き精査した。その結果、インスリンのスプライシングによるバリアントの存在や、TNFαのオルソログの未取得などデータに多くの不備が見出された。最終的には、脳神経系に投射可能な内分泌性の因子の候補を獲得することが目的であるが、改めてデータ解析を進めている。インスリンシグナル経路の活性化が重要であることは各種抗体を用いたウェスタンブロッティングの条件検討は終了し、フタホシコオロギでのインスリンシグナルと栄養分選好性との関連性の解析ができるようになった。 ②脳に付随している側心体(CC)における、RNA-Sequencing解析のデータから、CCで発現している脂質動員ホルモン（AKH）をはじめとする各種内分泌性因子、およびホルモン受容体の発現プロファイルを作成した。ただし、各種ホルモンおよびその受容体の構造解析、配列解析はいまだ不完全であり、まずは信頼性の高いデータとすることを遂行中である。 ③雑食のフタホシコオロギの選好性は、餌中の脂質成分が重要であるが、平成元年度で分析した各組織内でのステロール組成の結果により、ステロール化合物の代謝は主に中腸で行われ植物性ステロールからコレステロールに変換されることが示唆された。そこで令和2年度では安定同位体のステロール化合物を用いたトレーサー実験を行い変換組織や変換経路の確認を行った。ステロール代謝に着目すると、雑食性には肉食性と植食性を兼ね備えていることが示唆された。
Strategy for Future Research Activity	①脂肪体由来の栄養分選好性調節因子の探索：フタホシコオロギにおいて、栄養分選好性に関わる因子として、各種ペプチドおよびその受容体の塩基配列を再度確認しつつ合成品あるいはリコンビナントペプチドを調製する。インスリンシグナル以外で、脳神経系に投射する脂肪体由来の内分泌性因子のうち、栄養分選好性との関連性のあるものをRNA干渉法を用いてスクリーニングする。最終的に代謝系-内分泌系による栄養分選好性の分子レベルでの関連性を明らかにする。 ②摂食行動およびエネルギーホメオスタシスを調節するCC-CAにおける内分泌系：側心体(CC)において発現しているホルモン受容体から、AKHの上位にあるホルモンを追求する。また、単細胞でのRNA-seq解析も並行して行っているため、そのデータも参考にしつつ、ホルモンによる内分泌ネットワークを解析する。またAKHの上流の候補因子の受容体をノックダウンし、選好性行動や摂食量などの違いを検討する。 ③動物食および植物食を特徴づける餌中の栄養成分の同定：令和2年度に引き続き、安定同位体のステロール化合物を用いたトレーサー実験により、植物ステロールからコレステロールへの変換にかかわる組織や変換経路をさらに追究する。ほかにも餌中の脂質の量と組成が、選好性や体内の脂質の組成などにどのような影響を与えるかを検討する。