Neural circuit basis for the onset of puberty by leptin signaling

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K16270
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 後藤 哲平 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (20772049)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 性成熟 / レプチン / キスペプチン

Outline of Annual Research Achievements

ヒトを含む動物は、良好な栄養状態においてのみ性成熟を迎え生殖機能を獲得・維持することができる。身体の良好な栄養状態は脂肪細胞から分泌されるレプチンが有力因子であるが、脳内のどの領域で受容され、どのような神経回路が駆動され、最終的に生殖中枢が活性化するのかわかっていない。そこで、本研究課題はレプチンを受容して性成熟を惹起する責任ニューロンの同定とそこから生殖中枢キスペプチンニューロンに至る神経回路を明らかにすることを目的とした。初年度は、i) 遺伝学的アプローチを用いて腹側乳頭体前核特異的にレプチン受容体を欠損するマウスを作製し、性成熟および生殖機能に関する表現型解析を行った。ii) 制限給餌によって性成熟が到来しない性成熟不全モデルマウスの確立に成功した。また、制限給餌システムを自動化し、ハイスループットの体制を整えた。加えて、制限給餌による性成熟不全モデルに対して、レプチンの代償投与を試みた。これら2つのアプローチによって性成熟におけるレプチンの役割について一定の見解を得ることができた。また、次年度に生殖中枢キスペプチンニューロンの活動を指標にしつつ、性成熟を惹起する神経回路への介入実験を行うため、iii) 生殖中枢キスペプチンニューロン特異的にカルシウムインディケーターを発現させ、ファイバーフォトメトリーシステムを用いて生体内カルシウムイメージング実験系を確立した。これによって性成熟前後における生殖中枢キスペプチンニューロンの活動記録が可能となった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

性成熟の指標であるマウスの体重測定や膣開口、膣垢像による性周期モニターの実験系を整備するとともに、制限給餌によって研究課題の遂行に重要な性成熟不全モデルマウスの確立に成功した。制限給餌を自動化することによって実験者負担も大幅に軽減することができた。また、同時に代償投与する方法論についても確立できた。レプチンを受容する候補脳領域の一つ、腹側乳頭体前核についてマウス遺伝学アプローチを行ったが、この神経核が性成熟に重要であるという証拠は得られなかった。さらに、次年度実施予定実験の予備検討に入っており、例えば、生殖中枢キスペプチンニューロンの生体内カルシウムイメージング実験系が確立できた。以上のことから、本研究課題はおおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

初年度に確立した制限給餌による性成熟不全モデルと自由摂食の性成熟誘導モデルマウスに対して、逆行性の狂犬病ウイルスを用いたトランスシナプス標識を行い、性成熟時にレプチン受容を担う責任ニューロンを抽出する。生殖中枢キスペプチンニューロンの生体内カルシウムイメージングを指標に、性成熟時にレプチン受容を担う責任ニューロンに対して薬理遺伝学による介入実験を行う。これらによってレプチンが受容される脳領域および生殖中枢が活性化する神経回路の解明を試みる。

Causes of Carryover

少額のため次年度予算と併せて使った方が有用なため

Research Products

• [Journal Article] Conditional Kisspeptin Neuron-Specific Kiss1 Knockout With Newly Generated Kiss1-floxed and Kiss1-Cre Mice Replicates a Hypogonadal Phenotype of Global Kiss1 Knockout Mice (2020)
  • Author(s): Kana Ikegami, Teppei Goto, Sho Nakamura, Youki Watanabe, Arisa Sugimoto, Sutisa Majarune, Kei Horihata, Mayuko Nagae, Junko Tomikawa, Takuya Imamura, Makoto Sanbo, Masumi Hirabayashi, Naoko Inoue, Kei-Ichiro Maeda, Hiroko Tsukamura, Yoshihisa Uenoyama
  • Journal Title: J Reprod Dev. Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1262/jrd.2020-026
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inducible Kiss1 Knockdown in the Hypothalamic Arcuate Nucleus Suppressed Pulsatile Secretion of Luteinizing Hormone in Male Mice (2020)
  • Author(s): Shiori Minabe, Sho Nakamura, Eri Fukushima, Marimo Sato, Kana Ikegami, Teppei Goto, Makoto Sanbo, Masumi Hirabayashi, Junko Tomikawa, Takuya Imamura, Naoko Inoue, Yoshihisa Uenoyama, Hiroko Tsukamura, Kei-Ichiro Maeda, Fuko Matsuda
  • Journal Title: J Reprod Dev. Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1262/jrd.2019-164
  • Peer Reviewed