生殖と性行動の協調的制御に関わるペプチドニューロンの生物機能に関する統合的研究

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26221104
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡 良隆 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (70143360)
• Project Period (FY): 2014-05-30 – 2019-03-31
• Keywords: 神経生物学 / ペプチドニューロン / 神経生理学 / 遺伝子改変動物 / メダカ / 神経内分泌学

Outline of Annual Research Achievements

動物の生殖という現象は、神経系と内分泌系の巧みな協調によって調節されている。神経系で受容された温度・日長等の情報が、神経系・内分泌系の調節機構を通して生殖腺・配偶子の発達と性行動を協調的に調節し、生殖を成功に導く。本研究では、私たちが従来魚類脳の特徴を活かして世界をリードしてきた3種の異なるGnRHニューロン系と2 種の異なるキスペプチンニューロン系の研究を基礎とし、これらのペプチドニューロンを中心とした神経回路が生殖と性行動の協調的調節機能に果たす役割とその進化的意義を解明することを目的とする。この目的に沿って、分子から行動レベルまでの生物学的階層すべてを視野に入れた多角的かつ先端的な神経生物学的研究を行う。
今年度は、以下のような研究成果をあげ、国内外の学会及び国際的なジャーナルにおける論文として研究発表を行った。
モデル実験動物として我々の開発した遺伝子改変メダカを用いた、生殖の中枢制御に関わる神経回路の多角的手法を用いた解析　１）脳の視床下部にあるキスペプチンニューロンが、動物の繁殖状態に応じて神経活動や遺伝子発現を劇的に変化させるセンサーとしてはたらくことを発見（プレスリリース）２）視床下部ドーパミンニューロンによるGnRHニューロン制御機構の解析　３）キスペプチンニューロンの脊椎動物に共通する機能の解析　４）キスペプチン神経系の摂食・内分泌系に対する制御機構の解析
また、研究成果に関するプレスリリース記事を東京大学のホームページにおいて発表した。その結果、「繁殖期に活発な働き」日経産業新聞朝刊（2014年12月3日）および「脳内ニューロンを発見　繁殖状態のセンサーとして働き繁殖期に特有な行動を制御」科学新聞（2014年12月12日）などで新聞報道され、研究成果を一般社会にも広く広報することができた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成26年度1年間だけで、本研究計画に関連して、Science誌を含む５報の原著論文を発表し、うち1論文の内容に関しては、上述したように、プレスリリースを行い、新聞各紙にも報道されるなど、情報の社会発信もできた。また、同一専攻内の研究室との共同研究の結果、申請者が長年の研究から作業仮説として提唱してきた、ペプチドニューロンの一種である生殖腺刺激ホルモン放出ホルモン（GnRH3）を産生するニューロンが、メダカの性行動において、異性を受け入れるときの行動の動機付けに強く関与することを、遺伝学、行動学、神経生理学、等の多角的な研究手段を用いて証明した。
一方で、学会発表は、上述のような研究成果を、日本動物学会総会および関東支部会、日本神経科学学会、などの国内の学会で7演題発表するのみならず、国際的に最も評価の高い神経科学の学会である米国Society for Neuroscience Annual Meetingにおいて5演題、国際的に内分泌学の最大の学会であるEndocrine Society Meetingにおいて3演題発表したほか、フランス開催のヨーロッパ比較内分泌学会および岡崎における国際両生は虫類内分泌学会における招待講演を行った。それに加えて、申請者は大会長として札幌において国際神経行動学会（参加者約600名）を組織して開催すると共に、関連するワークショップ、一般講演会も開催し、一般発表も行った。
今年度を中心として、メダカを用いて、生殖や性行動に関連したペプチドニューロンやその受容体、性ステロイドホルモン受容体、等の遺伝子をノックアウトしたトランスジェニック動物の作成に次々と成功し、続々と新たな発見をしつつある。
このように、現在まで、研究計画は順調に進行していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

上記のように、現在までの所、当初の申請書に書いた実験計画に沿って着実に研究成果をあげており、大きな問題は無いが、当初想定しなかった意外な発見があった。それは、ほ乳類では生殖の中枢制御において欠くことのできない極めて重要なはたらきが想定されていて、我々もメダカで発見した当初は同様に生殖調節に重要と考えていたキスペプチンニューロンが、少なくとも真骨魚類においては、無くても機能的には全く不都合が生じない、ということである。我々は、これまでに、そのような事を示唆するいくつかの実験的な証拠をつかんできたが、本研究開始後キスペプチン関連遺伝子のノックアウトメダカの作成に成功し、その表現型解析をほぼ終えて、平成26年度のEndocrine Society Meetingで発表すると同時に、現在論文投稿準備中である。この研究成果と、ごく最近までに世界中で得られている文献的な証拠を元に考え合わせ、我々は、脊椎動物においてはむしろ例外的に、ほ乳類のみにおいて、キスペプチンニューロンが生殖制御の鍵を握るように、進化の途上で変貌してきたのではないかという説を提唱している。
我々は、このような可能性を示す実験的な証拠を蓄積しつつ、一方で、このようなキスペプチンニューロンの、脊椎動物に共通する機能はどのようなものか、と言う根本的な疑問に答えるべく、各種の実験計画を新たに考え、実施してきた。現在の進捗状況からすると、来年度には、この問題に対するひとつの答が得られる見通しである。
さらに、哺乳類以外の脊椎動物も含めて、脊椎動物に共通するような、性ステロイドホルモンからのフィードバックを受けて生殖機能を調節する脳内のメカニズムに関して、その実態を解明するための実験を計画し、実施中である。これに関しても、着実に計画を進めつつあるので、本研究計画の最終年度までには、一定の結論が得られる見込みである。

Research Products

• [Journal Article] Morphological analysis of the early development of telencephalic and diencephalic gonadotropin-releasing hormone neuronal systems in the enhanced green fluorescent protein-expressing transgenic medaka lines. (2016)
  • Author(s): Takahashi, A., Islam, M.S., Abe, H., Okubo, K., Akazome, Y., Kaneko, T., Hioki, H., and Oka, Y.
  • Journal Title: Journal of Comparative Neurology Volume: 524 Pages: 896-913
  • DOI: 10.1002/cne.23883
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neurons in the preoptic area of the male goldfish are activated by a primer pheromone 17α,20β-dihydroxy-4-pregnen-3-one. (2015)
  • Author(s): Kawai, T., Yoshimura, A., and Oka, Y.
  • Journal Title: Journal of Neuroendocrinology Volume: 27 Pages: 123-130
  • DOI: 10.1111/jne.12243
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GnRH suppresses excitability of visual-processing neurons in the optic tectum. (2015)
  • Author(s): Umatani, C., Misu, R., Oishi, S., Yamaguchi, K., Abe, H., and Oka, Y.
  • Journal Title: J. Neurophysiology Volume: 114 Pages: 2775-2784
  • DOI: 10.1152/jn.00710.2015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A neural mechanism underlying mating preferences for familiar individuals in medaka fish. (2014)
  • Author(s): Okuyama, T. Yokoi, S., Abe, H., Isoe, Y., Suehiro, Y., Imada, H., Tanaka, M., Kawasaki, T., Yuba, S., Taniguchi, Y., Kamei, Y., Okubo, K., Shimada, A. Naruse, K., Takeda, H., Oka, Y., Kubo, T., and Takeuchi, H.
  • Journal Title: Science Volume: 343 Pages: 91-94
  • DOI: 10.1126/science.1244724
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Whole brain-pituitary in vitro preparation of the transgenic medaka (Oryzias latipes) as a tool for analyzing the differential regulatory mechanisms of LH and FSH release. (2014)
  • Author(s): Karigo, T., Aikawa, M., Kondo, C., Abe, H., Kanda, S., and Oka, Y.
  • Journal Title: Endocrinology Volume: 155 Pages: 536-547
  • DOI: 10.1210/en.2013-1642
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sexually dimorphic expression of the sex chromosome-linked genes cntfa and pdlima in the medaka brain. (2014)
  • Author(s): Maehiro, S., Takeuchi, A., Yamashita, J., Hiraki, T., Kawabata, Y., Nakasone, K., Hosono, K., Usami, T., Paul-Prasanth, B., Nagahama, Y., Oka, Y., Okubo, K.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 445 Pages: 113-119
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.01.131. Epub 2014 Jan 31.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kiss1 neurons drastically change their firing activity in accordance with the reproductive state: insights from a seasonal breeder. (2014)
  • Author(s): Hasebe, M.*, Kanda, S.*, Shimada, H., Akazome, Y., Abe, H., and Oka, Y. (*: equal contribution)
  • Journal Title: Endocrinology Volume: 155 Pages: 4868-4880
  • DOI: 10.1210/en.2014-1472
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic evolution of the GnRH receptor gene family in vertebrates. (2014)
  • Author(s): Williams, BL. Akazome, Y., Oka, Y. and Eisthen, H.L.
  • Journal Title: BMC Evolutionary Biology. Volume: 14 Pages: 215
  • DOI: 10.1186/s12862-014-0215-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] fshb、lhbおよびgnrh1のノックアウトメダカを用いた真骨魚類生殖制御機構の解析 (2016)
  • Author(s): 安部智裕、高橋晶子、神田真司、岡良隆
  • Organizer: 日本動物学会第６８回関東支部大会
  • Place of Presentation: 神奈川大学（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-03-12 – 2016-03-12
• [Presentation] TN-GnRH3ニューロンのburst様発火発生にAChは関与しているか？ (2016)
  • Author(s): 田中合紀、馬谷千恵、岡良隆
  • Organizer: 日本動物学会第６８回関東支部大会
  • Place of Presentation: 神奈川大学（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-03-12 – 2016-03-12
• [Presentation] GnRH受容体が季節繁殖のゲートキーパーである (2015)
  • Author(s): 荒井勇樹、神田真司、苅郷友美、長谷部政治、岡良隆
  • Organizer: 第11回水生動物の行動と神経系のシンポジウム
  • Place of Presentation: 横浜市立大学（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2015-12-05 – 2015-12-06
• [Presentation] キスペプチン神経系新規機能としての脳下垂体における内分泌制御 (2015)
  • Author(s): 中城光琴、苅郷友美、神田真司、岡良隆
  • Organizer: 第11回水生動物の行動と神経系のシンポジウム
  • Place of Presentation: 横浜市立大学（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2015-12-05 – 2015-12-06
• [Presentation] 生殖と性行動の協調的制御に関わるペプチドニューロンの機能 (2015)
  • Author(s): 岡良隆
  • Organizer: 京都大学大学院理学系研究科生物科学専攻生物物理学教室セミナー
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-11-12 – 2015-11-12
  • Invited
• [Presentation] Changes in GnRH sensitivity of LH cells play a key role in seasonal regulation of reproduction (2015)
  • Author(s): Arai, Y., Oka, Y.
  • Organizer: The 45th Annual Meeting of the Society for Neuroscience 2015
  • Place of Presentation: Chicago, U.S.A.
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Glucosesensitivity of GnRH1 neurons cause downregulation of GnRH1 neuronal activity by fasting, leading to the inhibition of the HPG axis (2015)
  • Author(s): Hasebe, M., Oka, Y.
  • Organizer: The 45th Annual Meeting of the Society for Neuroscience 2015
  • Place of Presentation: Chicago, U.S.A.
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neuromodulation of retinotectal neurotransmission via extrahypothalamic GnRH neurons (2015)
  • Author(s): Umatani, C., Misu, R., Oishi, S., Abe, H., Oka, Y.
  • Organizer: The 45th Annual Meeting of the Society for Neuroscience 2015
  • Place of Presentation: Chicago, U.S.A.
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] HPG 軸による生殖中枢制御に絶食が及ぼす影響の神経生物学的解析 (2015)
  • Author(s): 長谷部政治、岡良隆
  • Organizer: 日本動物学会第86回大会
  • Place of Presentation: 朱雀メッセ新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-17 – 2015-09-19
• [Presentation] メダカにおけるエストロジェンフェードバック機構の解析 (2015)
  • Author(s): 荒井勇樹、岡良隆
  • Organizer: 日本動物学会第86回大会
  • Place of Presentation: 朱雀メッセ新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-17 – 2015-09-19
• [Presentation] 脳下垂体制御におけるキスペプチン神経系の新規機能 (2015)
  • Author(s): 中城光琴、岡良隆
  • Organizer: 日本動物学会第86回大会
  • Place of Presentation: 朱雀メッセ新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-17 – 2015-09-19
• [Presentation] 魚類視覚神経由路における終神経GnRH系を介した神経修飾作用の解析 (2015)
  • Author(s): 馬谷千恵、三須良介、大石真也、阿部秀樹、岡良隆
  • Organizer: 第38回日本神経科学学会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-30
• [Presentation] 遺伝子組み換え・ノックアウトメダカを用いたキスペプチン神経系の神経内分泌学的研究 (2015)
  • Author(s): 高橋晶子、岡良隆
  • Organizer: 第3回「脳と生殖」研究会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-07-15 – 2015-07-15
• [Presentation] キスペプチン神経系新規機能の探索 -脳下垂体ホルモン分泌制御の可能性- (2015)
  • Author(s): 中城光琴、岡良隆
  • Organizer: 第3回「脳と生殖」研究会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-07-15 – 2015-07-15
• [Presentation] HPG軸による生殖中枢制御に絶食が及ぼす影響の多角的解析 (2015)
  • Author(s): 長谷部政治、岡良隆
  • Organizer: 第3回「脳と生殖」研究会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-07-15 – 2015-07-15
• [Presentation] 真骨魚類をモデルとした季節性繁殖調節メカニズムの解明 (2015)
  • Author(s): 荒井勇樹、岡良隆
  • Organizer: 第3回「脳と生殖」研究会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-07-15 – 2015-07-15
• [Presentation] ペプチドニューロンによる神経修飾の生理学的解析 -終神経GnRH3ニューロンをモデルとして- (2015)
  • Author(s): 馬谷千恵、岡良隆
  • Organizer: 第3回「脳と生殖」研究会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-07-15 – 2015-07-15
• [Presentation] POA ERα neurons transmit estrogen feedback signal to GnRH1 neurons for the HPG axis regulation. (2015)
  • Author(s): Zempo, B., Kanda, S., Akazome, Y., Oka, Y.
  • Organizer: ENDO2015
  • Place of Presentation: San Diego, CA, U.S.A.
  • Year and Date: 2015-03-05 – 2015-03-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Functional analysis of Kisspeptin neuronal system in teleosts using knockout medaka (2015)
  • Author(s): Takahashi, A., Kanda, S., Akazome, Y., Oka, Y.
  • Organizer: ENDO2015
  • Place of Presentation: San Diego, CA, U.S.A.
  • Year and Date: 2015-03-05 – 2015-03-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ligand Dose-Dependent Switch in G-Protein Coupling (Gi and Gs) of Medaka (Oryzias latipes) Neuropeptide FF Receptors, NPFFR1 (GPR147) and NPFFR2 (GPR74) (2015)
  • Author(s): Akazome, Y., Yamamoto, E., Oka, Y.
  • Organizer: ENDO2015
  • Place of Presentation: San Diego, CA, U.S.A.
  • Year and Date: 2015-03-05 – 2015-03-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electrophysiological analyses of sex steroid-sensitive Kiss1 neurons in a seasonal breeder, medaka. (2014)
  • Author(s): Hasebe, M., Kanda S., Shimada, H., Akazome, Y., Oka, Y.
  • Organizer: The 44th Annual Meeting of the Society for Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Washington, DC, U.S.A.
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] (349)Nakajo, M., Karigo, T., Kanda, S., Oka, Y. “Multidisciplinary analyses of gpr54-EGFP transgenic medaka reveal novel functions of the kisspeptin neuronal system (2014)
  • Author(s): Nakajo, M., Karigo, T., Kanda, S., Oka, Y.
  • Organizer: The 44th Annual Meeting of the Society for Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Washington, DC, U.S.A.
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dopaminergic regulation on gonadotoropes in medaka (2014)
  • Author(s): Karigo, T., Mochizuki, Y., Oka, Y.
  • Organizer: The 44th Annual Meeting of the Society for Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Washington, DC, U.S.A.
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Kisspeptin increases the spontaneous firing rate of vasotocin (VT) neurons in the brain of medaka (2014)
  • Author(s): Shikano, Y., Kanda, S., Oka, Y.
  • Organizer: The 44th Annual Meeting of the Society for Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Washington, DC, U.S.A.
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Functional divergence and evolution of steroid-sensitive kiss1/2 neurona systems in vertebrates: amphibian as a model for understanding evolution of paralogous gene functions (2014)
  • Author(s): Kanda, S., Oka, Y.
  • Organizer: The 8th ISAREN (International Symposium on Amphibian and Reptilian Endocrinology and Neurobiology)
  • Place of Presentation: Okazaki Conference Center, Okazaki, Aichi
  • Year and Date: 2014-11-07 – 2014-11-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] メダカにおけるドーパミンによる脳下垂体制御 (2014)
  • Author(s): 苅郷友美、望月由子、岡良隆
  • Organizer: 日本動物学会第85回大会
  • Place of Presentation: 東北大学川内北キャンパス（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] メダカ・バソトシンニューロンの自発発火活動に対するキスペプチンの効果の生理学的解析 (2014)
  • Author(s): 鹿野悠、神田真司、加川尚、岡良隆
  • Organizer: 日本動物学会第85回大会
  • Place of Presentation: 東北大学川内北キャンパス（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] キスペプチン神経系の摂食・内分泌系に対する制御 (2014)
  • Author(s): 中城光琴、苅郷友美、神田真司、岡良隆
  • Organizer: 日本動物学会第85回大会
  • Place of Presentation: 東北大学川内北キャンパス（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] 魚類視覚神経回路における終神経GnRH系を介した神経修飾作用の解析 (2014)
  • Author(s): 馬谷千恵、三須良介、大石真也、阿部秀樹、岡良隆
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] The input/output systems of kisspeptin neurons suggested by studies using transgenic medaka. (2014)
  • Author(s): Kanda, S., Hasebe, M., Nakajo, M., Shikano, Y., Takahashi, A., Karigo, T., Akazome, Y., Oka, Y.
  • Organizer: The 27th Congress of the European Comparative Endocrinologists (CECE2014)
  • Place of Presentation: Rennes, France
  • Year and Date: 2014-08-25 – 2014-08-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neuromodulatory effects of terminal nerve GnRH neurons in the fish visual system. (2014)
  • Author(s): Umatani, C., Abe, H., Oka Y.
  • Organizer: 2014 ICN / JSCPB
  • Place of Presentation: Sapporo Convention Center, Sapporo, Hokkaido
  • Year and Date: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • Int'l Joint Research
• [Book] Kisspeptin. Handbook of Hormones. (2015)
  • Author(s): Kanda, S., and Oka, Y.
  • Total Pages: 646
  • Publisher: Elevier/Academic Press
• [Book] 動物の科学第8章「動物の神経細胞のかたちとはたらき」、第9章「生体情報を伝える神経系と内分泌系」 (2015)
  • Author(s): 岡良隆
  • Total Pages: 39
  • Publisher: 放送大学教材
• [Remarks] 東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻
  • URL: http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/naibunpi/lab.html