性ホルモンによる脳内神経回路の再構成が思春期に固有の社会行動を発現する機序の解明

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22390043
• Research Institution: Nippon Medical School
• Principal Investigator: 佐久間 康夫 日本医科大学, 大学院・医学研究科, 教授 (70094307)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加藤 昌克 日本医科大学, 医学部, 准教授 (90143239) ; 木山 裕子 日本医科大学, 医学部, 講師 (60234390) ; 折笠 千登世 日本医科大学, 医学部, 講師 (20270671) ; 濱田 知宏 日本医科大学, 医学部, 助教 (90312058) ; 石井 寛高 日本医科大学, 医学部, 助教 (20445810)
• Keywords: エストロゲン受容体 / プロモータ / 転写調節 / 内側視索前野 / 性的二型 / 細胞移動 / GnRH / NKCC1

Research Abstract

平成23年度にはエストロゲン受容体(ER)α遺伝子の転写翻訳調節に関わる塩基配列を解析し、ラット、ヒト、マウスの何れにおいても5'上流側のプロモータ構造が従来知られていたよりもはるかに複雑で、それぞれのプロモータが組織特異的・時期特異的に使用されることを報告した。転写の際にalternative splicingによりさまざまなmRNAバリアントを生じ、これらが翻訳効率あるいはmRNAの安定性の調節に関わり、ERα分子の発現調節やC端、N端を欠くERα分子の断片の生成を示した。Calbindin D28kの免疫組織化学により、これまで存在しないとされてきたマウス内側視索前野にラットと相同の性的二型核(SDN-POA)を示し、教科書的記述を覆す成果を得た。ERα遺伝子0/Bプロモータトランスジェニック(tg)ラットにおいてSDN-POAのニューロンが特異的に標識されることを発見し、これまで信じられてきたアポトーシスではなく、細胞移動がこの核の性差の成立に関わることを報じた。SDN-POAの機能については、発情雌に対する性指向性を失ったオキシトシンノックアウト雄マウスにおいても、正常雄と同等の大きさを持つSDN-POAが存在することから、この核が雄の性指向性の調節に関わるという従来広く信じられてきた仮説を否定する所見を得ることができた。エストロゲン作用による細胞移動の結果、SDN-POAの性差を生じることは、分子生物学的手法によりエストロゲンが新生仔ラット脳で活性化される遺伝子カスケードを同定し、cofillinリン酸化の結果、アクチンのダイナミクスの変化によりfilopodia形成に変化が生じることから証明した。ラットでは在胎14日に嗅上皮から脳内に移動してくる性腺刺激ホルモン放出ホルモン(GnRH)産生ニューロンは成熟後も新生仔期の性質を保ち、NKCC1の発現が多く、KCC2の発現を欠くために、細胞内塩素イオン濃度が高く、GAB飴受容体の活性化が興奮を起こすこと、この興奮が細胞移動を始動する可能性をパッチクランプ法で詳細に解析した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

マウス内側視索前野にラットと相同の性的二型核を認めたこと、ERα遺伝子0/Bプロモータトランスジェニックラットで性的二型核ニューロンが標識され、細胞移動により成立すること、広く抑制性伝達物質として知られているγアミノ酪酸がなどGnRHニューロンでは興奮を起こすことなど、複数の従来の教科書的知見を覆す大きな成果が上がっている。

Strategy for Future Research Activity

エストロゲンが新生仔ラット脳で遺伝子カスケードの活性化を起こす際に関わる分子が既知の核内受容体であるのか、あるいは新規の膜受容体であるかを検討する必要があり、本研究計画の最終年度である平成24年度に検討を進める。

Research Products

• [Journal Article] Neuronal responses in the nucleus accumbens shell during sexual behavior in male rats (2012)
  • Author(s): Matsumoto J, Urakawa S, Hori E, de Araujo M, Sakuma Y, Ono T, Nishijo H
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 32 Pages: 1672-1686
  • DOI: doi:10.1523/JNEUROSCI.5140-11.2012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Somatostatin inhibition of GnRH neuronal activity and the morphological relationship between GnRH and somatostatin neurons in rats (2012)
  • Author(s): Koyama M, Yin C, Ishii H, Sakuma Y, Kato M
  • Journal Title: Endocrinology Volume: 153 Pages: 806-814
  • DOI: doi:10.1210/en.2011-2076
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Both olfactory epithelial and vomeronasal inputs are essential for activation of the medial amygdala and preoptic neurons of male rats (2011)
  • Author(s): Dhungel S, Masaoka M, Rai D, Kondo Y, Sakuma Y
  • Journal Title: Neuroscience Volume: 199 Pages: 225-234
  • DOI: doi:10.1016/j.neuroscience.2011.09.051
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A conserved regulatory element in the mammalian β-globin promoters (2011)
  • Author(s): Kiyama R, Wada-Kiyama Y
  • Journal Title: Journal of Molecular Evolution Volume: 73 Pages: 101-108
  • DOI: doi:10.1007/s00239-011-9459-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Complex organization of_the 5'-untranslated region of the mouse estrogen receptor α gene : Identification of numerous mRNA transcripts with distinct 5'-ends (2011)
  • Author(s): Ishii H, Sakuma Y
  • Journal Title: Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology Volume: 125 Pages: 211-218
  • DOI: doi:10.1016/j.jsbmb.2011.03.004
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Slow afterhyperpolarization (sAHP) current in rat GnRH neurons is caused through SK and KCNQ channels (2012)
  • Author(s): Yin C, Ishii H, Sakuma Y, Kato M
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 長野県松本市
  • Year and Date: 2012-03-31
• [Presentation] Actin dynamics in the sexually dimorphic nucleus of the rat preoptic are a during the critical period (2012)
  • Author(s): Wada-Kiyama Y, SuzukiChiaki, Hamada T, Kiyama R, Sakuma Y
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 長野県松本市
  • Year and Date: 2012-03-31
• [Presentation] Oxytocin is essential for odor preference but differentially influences the sexual interaction in male and female mice (2012)
  • Author(s): Rai D, Dhungel S, Nishimori K, Sakuma Y, Kondo Y
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 長野県松本市
  • Year and Date: 2012-03-31
• [Presentation] Neurons in the two sexually dimorphic structures of the rat brain were born on different embryonic days (2012)
  • Author(s): Orikasa C, Usui S, Kondo Y, Sakuma Y
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 長野県松本市
  • Year and Date: 2012-03-31
• [Presentation] Identification of C-terminally-truncated estrogen receptor α variants in the human, mouse and rat (2012)
  • Author(s): Ishii H, Munetomo A, Hamada T, Sakuma Y
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 長野県松本市
  • Year and Date: 2012-03-31
• [Presentation] In vitro visualization of the sexual differentiation in the SDN-POA and BNST (2012)
  • Author(s): Hatnada T, Sakuma Y
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 長野県松本市
  • Year and Date: 2012-03-31
• [Presentation] In vivo visualization of the principal nucleus of the bed nucleus of the stria terminalis in the estrogen receptor gene promoter transgenic rat (2012)
  • Author(s): Fujikake M, Hamada T, Sakuma Y
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 長野県松本市
  • Year and Date: 2012-03-31
• [Presentation] Developmental pattern of EGFP expression under the control of estrogen receptor gene promoter 0/B in the BNST-POA region of the transgenic rat (2012)
  • Author(s): Ando R, Hamada T, Sakuma Y
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 長野県松本市
  • Year and Date: 2012-03-31
• [Presentation] Sexual dimorphism of the preoptic area (2012)
  • Author(s): Sakuma Y
  • Organizer: The 7th AOSCE Congress Satellite Symposium Neuroendocriaology and Behaviour
  • Place of Presentation: Penang, Malaysia(国際学会・特別講演)
  • Year and Date: 2012-03-09
• [Presentation] SK channels and KCNQ channels contribute to slow afterhyperpolarization current in rat GnRH neurons (2012)
  • Author(s): Kato M
  • Organizer: The 7th AOSCE Congress Satellite Symposium Neuroendocrinology and Behaviour
  • Place of Presentation: Penang, Malaysia(国際学会・特別講演)
  • Year and Date: 2012-03-09
• [Presentation] Complex organization of the estrogen receptor a genes : identification of numerous estrogen receptor α variants in the human, mouse and rat (2012)
  • Author(s): Ishii H, Kobayashi M, Munetomo A, Kajio M, Hamada T, Sakuma Y
  • Organizer: The 7th AOSCE Congress Satellite Symposium Neuroendocrinology and Behaviour
  • Place of Presentation: Penang, Malaysia(国際学会・特別講演)
  • Year and Date: 2012-03-09
• [Presentation] ヒトC末端欠損型エストロゲン受容体αの同定と機能解析 (2011)
  • Author(s): 石井寛高, 濱田知宏, 佐久間康夫
  • Organizer: 第38回日本神経内分泌学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京都千代田区
  • Year and Date: 20111100
• [Presentation] Bromodeoxyuridine visualizes the rat sexually dimorphic nucleus of the preoptic area when given on embryonic day 18 (2011)
  • Author(s): Orikasa C, Kondo Y, Usui S, Sakuma Y
  • Organizer: The 15th Annual Meeting of the Society for Behavioral Neuroendocrinology
  • Place of Presentation: Queretaro, Mexico
  • Year and Date: 20110600
• [Presentation] Signaling of estrogen to actin dynamics via cofilin controls sexually dimorphic formation of the rat preoptic area (2011)
  • Author(s): Wada-Kiyama Y, Suzuki C, Hamada T, Kiyama R, Sakuma Y
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 横浜市
  • Year and Date: 2011-12-14
• [Presentation] エストロゲンと脳 (2011)
  • Author(s): 佐久間康夫
  • Organizer: 第17回早稲田大学「性と生殖」公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京都新宿区(国内学会・特別講演)
  • Year and Date: 2011-12-04
• [Presentation] ラット脳内視索前野性的二型核及び分界条床核2領域の非連続的神経核形成 (2011)
  • Author(s): 折笠千登世
  • Organizer: 第17回早稲田大学「性と生殖」公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京都新宿区(国内学会・特別講演)
  • Year and Date: 2011-12-04
• [Presentation] 脳の性分化機構におけるエストロゲンの細胞移動調節 (2011)
  • Author(s): 濱田知宏
  • Organizer: 第17回早稲田大学「性と生殖」公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京都新宿区(国内学会・指名講演)
  • Year and Date: 2011-12-04
• [Presentation] 出産育児経験により獲得される仔ラットの匂いに対するオキシトシンニューロンの反応性 (2011)
  • Author(s): 棟朝亜理紗, 近藤保彦, 宮本武典, 佐久間康夫
  • Organizer: 第38回日本神経内分泌学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京都千代田区
  • Year and Date: 2011-11-26
• [Presentation] Estrogen-induced phosphorylation status of cofilin cascade and the establishment of the male-phenotype of the sexually dimorphic nucleus of the rat preoptic area (2011)
  • Author(s): Wada-Kiyama Y, Kawashima M, Kamijo K, Suzuki C, Hamada T, Kiyama R, Sakuma Y
  • Organizer: Neuroscience 2011, The 41st Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Washington, D.C., U.S.A.
  • Year and Date: 2011-11-14
• [Presentation] GnRH neurons in puberty : GABA, chloride transporter, neuroactive steroids (2011)
  • Author(s): Sakuma Y
  • Organizer: 日本学術振興会日米科学技術協力「脳分野」情報交換セミナーUS-JAPAN Brain Research Cooperative Program Workshop on Prosocial Behavior at Emory University
  • Place of Presentation: Atlanta, GA, U.S.A.(国際学会・特別講演)
  • Year and Date: 2011-10-25
• [Presentation] Identification of truncated estrogen receptor α variants in the mouse (2011)
  • Author(s): Kawahigashi T, Ishii H, Munetomo A, Hamada T, Sakuma Y
  • Organizer: 日本学術振興会日米科学技術協力「脳分野」情報交換セミナーUS-JAPAN Brain Research Cooperative Program Workshop on Prosocial Behavior at Emory University
  • Place of Presentation: Atlanta, GA, U.S.A.(国際学会・招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-25
• [Presentation] Actin dynamics involved in the development of sexual dimorphism of the preoptic area in the rat brain by estrogen (2011)
  • Author(s): Kawashima M, Kamijo K, Suzuki C, Hamada T, Kiyama R, Wada-Kiyama Y, Sakuma Y
  • Organizer: 日本学術振興会日米科学技術協力「脳分野」情報交換セミナーUS-JAPAN Brain Research Cooperative Program Workshop on Prosocial Behavior at Emory University
  • Place of Presentation: Atlanta, GA, U.S.A.(国際学会・招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-25
• [Presentation] The role of excitatory action of GABA in adult GnRH neurons (2011)
  • Author(s): Watanabe M, Kato M, Sakuma Y, Nabekura J
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜市
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] Oxytocin regulates social interaction antecedent to sexual behavior of male and female mice (2011)
  • Author(s): Rai D, Dhungel S, Nishimori K, Kondo Y, Sakuma Y
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜市
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] Morphological relationship between gonadotropin-releasing hormone neurons and somatostatin neurons in the organum vasculosum of the lamina terminalis and its physiological meaning (2011)
  • Author(s): Koyama M, Yin C, Ishii H, Sakuma Y, Kato M
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜市
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] マウスにおける新規C末端欠損型エストロゲン受容体αの同定と機能解析 (2011)
  • Author(s): 河東堤子, 石井寛高, 棟朝亜理紗, 濱田知宏, 佐久間康夫
  • Organizer: 日本下垂体研究会第26回学術集会
  • Place of Presentation: 倉敷市
  • Year and Date: 2011-08-26
• [Presentation] ラットN末端欠損型・C末端欠損型エストロゲン受容体αの同定と機能解析 (2011)
  • Author(s): 石井寛高, 濱田知宏, 佐久間康夫
  • Organizer: 日本下垂体研究会第26回学術集会
  • Place of Presentation: 倉敷市
  • Year and Date: 2011-08-26
• [Presentation] Recent progress and future perspective in the study of neurobiology of social behavior (2011)
  • Author(s): Sakuma Y
  • Organizer: 日本学術振興会日中二カ国交流事業Sino-Japanese Joint Seminar on Neurobiological Basis of Social Behavior
  • Place of Presentation: Xi'an, China(国際学会・特別講演)
  • Year and Date: 2011-07-25
• [Presentation] Pup exposure in virgin females is insufficient to be maternal : Parturition and parenting experience forms oxytocin responsiveness to pups (2011)
  • Author(s): Munetomo A, Kondo Y, Miyamouo T, Sakuma Y
  • Organizer: 日本学術振興会日中二カ国交流事業Sino-Japanese Joint Seminar on Neurobiological Basis of Social Behavior
  • Place of Presentation: Xi'an, China(国際学会・招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-25
• [Presentation] Contacts of somatostatin neurons with GnRH neuron in the organun vasculosum of the laminaterminalis and its physiological meaning (2011)
  • Author(s): Koyama M, Yin C, Sakuma Y, Kato M
  • Organizer: 日本学術振興会日中二カ国交流事業Sino-Japanese Joint Seminar on Neurobiological Basis of Social Behavior
  • Place of Presentation: Xi'an, China(国際学会・招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-25
• [Presentation] Oxytocin is required for acquisition of odor preference in the female rat toward pups (2011)
  • Author(s): Munetomo A, Kondo Y, Miyamoto T, Sakuma Y
  • Organizer: The 8th IBRO World Congress of Neuroscience, International Brain Research Organization
  • Place of Presentation: Florence, Italy
  • Year and Date: 2011-07-16
• [Presentation] 生殖行動の分子過程 (2011)
  • Author(s): 佐久間康夫
  • Organizer: 第15回日本行動神経内分泌研究会
  • Place of Presentation: 東京都八王子市(国内学会・特別講演)
  • Year and Date: 2011-06-01
• [Presentation] 出産・育児経験によるオキシトシン・ニューロンの反応性と行動の変化 (2011)
  • Author(s): 棟朝亜理紗, 佐久間康夫
  • Organizer: 第15回日本行動神経内分泌研究会
  • Place of Presentation: 東京都八王子市
  • Year and Date: 2011-06-01
• [Remarks]
  • URL: http://www.h-ic.bb4u.ne.jp/~seiri/