家畜の卵胞発育・排卵制御に資するエストロゲンフィードバックの分子メカニズムの解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26252046
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 束村 博子 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (00212051)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大蔵 聡 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (20263163) ; 平林 真澄 生理学研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 准教授 (20353435) ; 前多 敬一郎 東京大学, 農学生命科学研究科, 教授 (30181580)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: キスペプチン / GPR54 / GnRH / メタスチン / エストロゲン

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、哺乳類のメスの卵胞発育と排卵を制御するエストロゲンのフィードバック機構に着目し、エストロゲンの負および正のフィードバックによる性腺刺激ホルモン分泌制御の分子メカニズムの解明とその応用の検証を目的としている。26年度は、動物の生殖機能を最上位から支配するキスペプチンニューロンのうち、視床下部弓状核のキスペプチンニューロンに発現するGタンパク共役型受容体のうちGPR101に着目して研究を行った。GPR101のリガンドである性腺刺激ホルモン放出ホルモン（GnRH）部分ペプチドの脳内投与が、エストロゲン依存性に黄体形成ホルモン（LH）分泌を亢進することを明らかとし、この促進効果がキスペプチンKOラットで見られなかったことから、GnRH部分ペプチドがキスペプチンニューロンに直接作用し、これら両ニューロンによるショートループポジティブフィードバックによりGnRH分泌を促進することを示し、この成果をEndocrinology誌に投稿した。さらに、弓状核および前腹側室周囲核（AVPV）に局在するキスペプチンニューロンに発現する遺伝子を、次世代シーケンサーによりリスト化したことも、大きな成果であった。現在は、この遺伝子リストを元に、エストロゲンによるKiss1遺伝子発現に関わる転写因子をin vitro系にて検討する準備を行っているところである。

Current Status of Research Progress

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

Reason

概要に記したように、本研究では、キスペプチンニューロンをターゲットとした、エストロゲン依存性の新たな促進系として、GnRH部分ペプチド-GPR101系による性腺刺激ホルモン分泌を制御するという新たな知見を得た。またこの系が、エストロゲンのポジティブフィードバックによるGnRH-LHサージの制御に関わる可能性を見いだした。また、これらの結果を学術誌に投稿できたことは大きな成果であった。さらに、エストロゲンによる負のフィードバックを担う弓状核、および正のフィードバックを担う前腹側室周囲核（AVPV）に局在するキスペプチンニューロンに発現する遺伝子を、次世代シーケンサーによりリスト化した。これにより、次のターゲットとして、キスペプチン遺伝子発現を制御する転写因子の候補リストを得た点も、今後の研究の発展に寄与すると考えている。一方で、これらの転写因子が実際にエストロゲンにより制御されるか否かについては、今後の課題として残されている。達成度は、これらの成果を総合的に判断したものである。

Strategy for Future Research Activity

２７年度以降は、エストロゲンの正のフィードバック中枢と考えられる前腹側室周囲核（AVPV）および負のフィードバック中枢と考えられる弓状核のキスペプチンニューロンに特異的に発現する転写因子をターゲットとして、エストロゲンによるこれら転写因子の発現がエストロゲンによってどのように変化するかを明らかにする予定である。昨年度までに整備したin vitro実験系（可視化キスペプチンニューロン培養系）を用い、転写因子のノックダウンがキスペプチン遺伝子発現に及ぼす効果を確かめる予定である。具体的には、キスペプチン遺伝子のプロモータ領域に緑色蛍光タンパク質（GFP）をレポーター遺伝子として結合したコンストラクトを導入したトランスジェニックマウスの初代培養系を用い、培養液へのエストロゲンの添加が候補転写因子およびキスペプチン遺伝子発現に及ぼす効果を検討する。この効果が、AVPV由来と弓状核由来のキスペプチンニューロンで異なることが予想される。さらに、同培養系を用い、細胞内カルシウム濃度を指標として、培養液へのエストロゲン添加が細胞内カルシウムの同期した上昇（カルシウムオシレーション）の頻度に及ぼす効果を検討する。細胞内カルシウムの上昇は、神経伝達物質の放出の指標となるので、本実験により、エストロゲンがキスペプチン放出に及ぼす効果を検討する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Pharmacological and Morphological Evidence of AMPK-Mediated Energy Sensing in the Lower Brain Stem Ependymocytes to Control Reproduction in Female Rodents. (2015)
  • Author(s): Minabe S, Deura C, Ikegami K, Goto T, Sanbo M, Hirabayashi M, Inoue N, Uenoyama Y, Maeda KI, Tsukamura H.
  • Journal Title: Endocrinology Volume: 156(6) Pages: 2278-2287
  • DOI: 10.1210/en.2014-2018.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Lack of pulse and surge modes and glutamatergic stimulation of LH release in Kiss1 knockout rats. (2015)
  • Author(s): Uenoyama, Y., Nakamura, S., Hayakawa, Y., Ikegami, K., Watanabe, Y., Deura, C., Minabe, S., Tomikawa, J., Goto, T., Ieda, N., Inoue, N., Sanbo, M., Tamura, C., Hirabayashi, M., Maeda, K., Tsukamura, H.
  • Journal Title: J Neuroendocrinol. Volume: 27(3) Pages: 187-197
  • DOI: 10.1111/jne.12257
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design and synthesis of fluorescent probes for GPR54 (2014)
  • Author(s): Kaneda, M., Misu, R., Ohno, H., Hirasawa, A., Ieda, N., Uenoyama, Y., Tsukamura, H., Maeda, K.-I., Oishi, S., Fujii, N.
  • Journal Title: Bioorg Med Chem. Volume: 22(13) Pages: 3325-3330
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2014.04.052. Epub 2014 May 5.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] KISS1 Gene Expression in the Developing Brain of Female Pigs at Pre- and PostPeri-pubertal Periods. (2014)
  • Author(s): Ieda, N., Uenoyama, Y., Tajima, Y., Nakata, T., Kano, M., Naniwa, Y., Watanabe, Y., Minabe, S., Tomikawa, J., Inoue, N., Matsuda, F., Ohkura, S., Maeda, K.-I. and Tsukamura, H.
  • Journal Title: J Reprod Dev. Volume: 60(4) Pages: 312-316
  • DOI: org/10.1262/jrd.2013-129
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oestrogen-Induced Activation of Preoptic Kisspeptin Neurones May be Involved in the Luteinising Hormone Surge in Male and Female Japanese Monkeys. (2014)
  • Author(s): Watanabe, Y., Uenoyama, Y., Suzuki, J., Takase, K., Suetomi, Y., Ohkura, S., Inoue, N., Maeda, K.-I., and Tsukamura, H.
  • Journal Title: J Neuroendocrinol. Volume: 26 Pages: 910-918
  • DOI: 10.1111/jne.12227
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The LH surge-generating system is functional in male goats as in females: involvement of kisspeptin neurones in the medial preoptic area. (2014)
  • Author(s): Matsuda, F., Nakatsukasa, K., Suetomi, Y., Naniwa, Y., Ito, D., Inoue, N., Wakabayashi, Y., Okamura, H., Maeda, K.I., Uenoyama, Y., Tsukamura, H., Ohkura, S.
  • Journal Title: J Neuroendocrinol. Volume: 27 Pages: 57-65
  • DOI: 10.1111/jne.12235.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of hypothalamic arcuate nucleus-specific enhancer region of Kiss1 gene in mice. (2014)
  • Author(s): Goto, T., Tomikawa, J., Ikegami, K., Minabe, S., Abe, H., Fukanuma, T., Imamura, T., Takase, K., Sanbo, M., Tomita, K., Hirabayashi, M., Maeda, K.I., Tsukamura, H., Uenoyama, Y.
  • Journal Title: Mol Endocrinol. Volume: 29 Pages: 121-129
  • DOI: 10.1210/me.2014-1289
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 新たな中枢性繁殖制御剤のシーズ：KNDyニューロン (2014)
  • Author(s): 前多敬一郎・大石真也・束村博子・上野山賀久・大蔵聡・松田二子
  • Journal Title: MPアグロジャーナル Volume: 16 Pages: 17-21
• [Journal Article] KNDy neuron as a gatekeeper of puberty onset. (2014)
  • Author(s): Uenoyama, Y. Tsukamura, H., Maeda, K.
  • Journal Title: J Obstet Gynacol Res. Volume: 40 Pages: 1518-1526
  • DOI: 10.1111/jog.12398
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 性ステロイドフィードバックと脳内プログラミング (2015)
  • Author(s): 束村博子
  • Organizer: 第１２０回日本解剖学会総会・全国学術集会・第９２回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市中央区）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-23
  • Invited
• [Presentation] Stimulation of LH secretion By Ultra-Shortloop Positive Feedback Between GnRH and Kisspeptin Neurons (2015)
  • Author(s): Ieda, N., Minabe, S., Ikegami, K., Sugimoto, Y., Sugimoto, A., Inoue, N., Uenoyama, Y., Maeda K.-I., Tsukamura H.
  • Organizer: ENDO2015
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center San Diego, CA(USA)
  • Year and Date: 2015-03-05 – 2015-03-08
• [Presentation] GnRH部分ペプチドGnRH(1-5)は弓状核キスペプチン(KNDy)ニューロンを介してLH分泌を促進する (2015)
  • Author(s): 家田菜穂子、美辺詩織、井上直子、上野山賀久、前多敬一郎、束村博子
  • Organizer: 第１９回日本生殖内分泌学会学術集会
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2015-01-10 – 2015-01-10
• [Presentation] 「種を超えてほ乳類の生殖機能を制御するキスペプチンニューロン」 (2014)
  • Author(s): 束村博子
  • Organizer: 第41回日本神経内分泌学会学術集会
  • Place of Presentation: 都道府県会館（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-11-02
  • Invited
• [Presentation] Kisspeptin-GPR54 signaling controlling reproductive functions in mammals (2014)
  • Author(s): Tsukamura, H.
  • Organizer: World Congress of Reproductive Biology 2014
  • Place of Presentation: Edinburgh (Scotland)
  • Year and Date: 2014-09-02 – 2014-09-04
  • Invited
• [Presentation] Establishment of immortalized neuronal cell lines derived from fetal goat hypothalamus. (2014)
  • Author(s): Suetomi, Y., Tsukamura, H., Ohkura, S., Matsuda, F.
  • Organizer: World Congress of Reproductive Biology 2014
  • Place of Presentation: Edinburgh(Scotland)
  • Year and Date: 2014-09-02 – 2014-09-04
• [Presentation] Changes in gene expressions induced by perinatal estrogen related to the brain sexual differentiation in rodents (2014)
  • Author(s): Watanabe, Y., Sakakibara, M., Uenoyama, Y., Minabe, S., Deura, C., Nakamura, S., Maeda, K.-I., Tsukamura, H.
  • Organizer: World Congress of Reproductive Biology 2014
  • Place of Presentation: Edinburgh(Scotland)
  • Year and Date: 2014-09-02 – 2014-09-04
• [Presentation] Neurokinin B activates synchronized intracellular Ca2+ oscillations in KNDy neurons obtained from the hypothalamic arcuate nucleus of Kiss1-GFP transgenic mice (2014)
  • Author(s): Ikegami, K., Minabe, S., Ieda, N., Goto, T., Abe, H., Sanbo, M., Hirabayashi, M., Maeda, K.-I., Tsukamura, H., Uenoyama Y.
  • Organizer: World Congress of Reproductive Biology 2014
  • Place of Presentation: Edinburgh(Scotland)
  • Year and Date: 2014-09-02 – 2014-09-04
• [Presentation] Hypothalamic arcuate nuleus-specific enhancer for kisspeptin expression of female mice (2014)
  • Author(s): Goto, T., Tsukamura, H., Tomikawa, J., Abe, H., Fukanuma, T., Imaura, T., Takase, K., Sanbo, M., Tomita, K., Hirabayashi, M., Maeda, K.-I., Uenoyama Y.
  • Organizer: World Congress of Reproductive Biology 2014
  • Place of Presentation: Edinburgh(Scotland)
  • Year and Date: 2014-09-02 – 2014-09-04
• [Presentation] Lack of gonadotropin release in Kiss1 knockout male rats (2014)
  • Author(s): Uenoyama, Y., Nakamura, S., Hayakawa, Y., Ikegami, K., Deura, C., Minabe, S., Tomikawa, J., Goto, T., Ieda, N., Sanbo, M., Tamura, C., Hirabayashi, M., Maeda, K.-I., Tsukamura H.
  • Organizer: World Congress of Reproductive Biology 2014
  • Place of Presentation: Edinburgh(Scotland)
  • Year and Date: 2014-09-02 – 2014-09-04
• [Presentation] The role of kisspeptin for defeminization and masculinization of sexual behaviors in rats (2014)
  • Author(s): Nakamura, S., Uenoyama, Y., Ikegami, K., Tamura, C., Sanbo, M., Hirabayashi, M., Tsukamura, H., Maeda K.-I.
  • Organizer: World Congress of Reproductive Biology 2014
  • Place of Presentation: Edinburgh(Scotland)
  • Year and Date: 2014-09-02 – 2014-09-04
• [Presentation] 低栄養による繁殖抑制を担う脳内エネルギーセンシングメカニズム (2014)
  • Author(s): 美辺 詩織、松本 華代、出浦 慎哉、池上 花奈、後藤 哲平、三宝 誠、平林 真澄、上野山 賀久、前多 敬一郎、束村 博子
  • Organizer: 第107回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 帯広畜産大学（北海道帯広市）
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-24
• [Presentation] キスペプチンニューロンを介したGnRH部分ペプチドによるLH分泌促進 (2014)
  • Author(s): 家田 菜穂子美辺 詩織、井上 直子、上野山 賀久、前多 敬一郎、束村 博子
  • Organizer: 第107回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 帯広畜産大学（北海道帯広市）
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-24
• [Presentation] キスペプチンノックアウトマウス由来の卵子および精子の受精能の検討 (2014)
  • Author(s): 後藤 哲平、平林 真澄、前多 敬一郎、束村 博子、上野山 賀久
  • Organizer: 第107回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 帯広畜産大学（北海道帯広市）
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-24
• [Presentation] 新生児期エストロジェンにより発現が変化する視床下部内遺伝子の網羅的解析 (2014)
  • Author(s): 渡辺 雄貴、榊原 基嗣、上野山 賀久、美辺 詩織、出浦 慎哉、中村 翔、前多 敬一郎、束村 博子
  • Organizer: 第107回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 帯広畜産大学（北海道帯広市）
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-24
• [Presentation] NKB-NK3RシグナリングによるKNDyニューロンの神経活動同期メカニズム (2014)
  • Author(s): 池上 花奈、美辺 詩織、家田 菜穂子、安部 仁美、後藤 哲平、前多 敬一郎、束村 博子、上野山 賀久
  • Organizer: 第107回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 帯広畜産大学（北海道帯広市）
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-24
• [Presentation] 吸乳刺激によるキスペプチン遺伝子発現抑制を仲介する TIP39-SST 系の 可能性 (2014)
  • Author(s): 杉本 有沙、上野山 賀久、渡辺 雄貴、家田 菜穂子、池上 花奈、井上 直子、束村 博子
  • Organizer: 第107回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 帯広畜産大学（北海道帯広市）
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-24
• [Presentation] ラット性行動の発現制御におけるキスペプチンの役割 (2014)
  • Author(s): 中村 翔、上野山 賀久、池上 花奈、田村 千尋、三宝 誠、平林 真澄、束村 博子、前多 敬一郎
  • Organizer: 第107回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 帯広畜産大学（北海道帯広市）
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-24
• [Presentation] Key role of Kisspeptin-GPR54 signaling in regulating mammalian reproduction: physiological and epigenetic aspects (2014)
  • Author(s): Tsukamura, H.
  • Organizer: International Congress of Neuroendocrinology
  • Place of Presentation: Sydney (Australia)
  • Year and Date: 2014-08-17 – 2014-08-20
  • Invited
• [Presentation] Estrogen-induced changes in gene expressions related to the brain sexual differentiation in rodents (2014)
  • Author(s): Watanabe, Y., Sakakibara, M., Uenoyama, Y., Minabe, S., Deura, C., Nakamura, S., Maeda, K.-I., Tsukamura, H.
  • Organizer: International Congress of Neuroendocrinology 2014
  • Place of Presentation: Sydney (Australia)
  • Year and Date: 2014-08-17 – 2014-08-20
• [Presentation] Cell-to-cell communication via gap junctions may play a role in controlling synchronized activities of KNDy neurons regulating pulsatile secretion of gonadotropin-releasing hormone (2014)
  • Author(s): Ikegami, K., Minabe, S., Ieda, N., Abe, H., Goto, T., Maeda, K.-I., Tsukamura, H., Uenoyama, Y.
  • Organizer: International Congress of Neuroendocrinology 2014
  • Place of Presentation: Sydney (Australia)
  • Year and Date: 2014-08-17 – 2014-08-20
• [Presentation] Perinatal kisspeptin is required for suppression of female sexual behavior in male rats (2014)
  • Author(s): Nakamura, S., Uenoyama, Y., Ikegami, K., Tamura, C., Sanbo, M., Hirabayashi, M., Tsukamura, H., Maeda K.-I.
  • Organizer: International Congress of Neuroendocrinology 2014
  • Place of Presentation: Sydney (Australia)
  • Year and Date: 2014-08-17 – 2014-08-20
• [Presentation] 性腺機能制御に関わる後脳上衣細胞の AMP 活性化プロテインキナーゼ(AMPK) の役割 (2014)
  • Author(s): 美辺詩織、松本華代、出浦慎哉、池上花奈、後藤哲平、三宝誠、 平林真澄、上野山賀久、前多敬一郎、束村博子
  • Organizer: 日本下垂体研究会第 29 回学術集会
  • Place of Presentation: 八王子セミナーハウス（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2014-08-08 – 2014-08-10
• [Presentation] GnRH-(1-5)による KNDy ニューロンを介した GnRH/LH 分泌促進機構 (2014)
  • Author(s): 家田菜穂子、美辺詩織、井上直子、上野山賀久、前多敬一郎、束村博子
  • Organizer: 日本下垂体研究会第 29 回学術集会
  • Place of Presentation: 八王子セミナーハウス（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2014-08-08 – 2014-08-10
• [Presentation] 「脳の性分化とキスペプチンニューロン」 (2014)
  • Author(s): 束村博子
  • Organizer: 第41回日本毒性学会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2014-07-02 – 2014-07-04
  • Invited
• [Presentation] Epigenetic Regulation of Kisspeptin Neurons (2014)
  • Author(s): Tsukamura, H.
  • Organizer: 16th International Congress of Endocrinology & the Endocrine Society’s 96th Annual Meeting & Expo
  • Place of Presentation: CHICAGO (USA)
  • Year and Date: 2014-06-21 – 2014-06-24
  • Invited
• [Presentation] NKB-NK3RシグナリングによるKNDyニューロンの神経活動制御メカニズム (2014)
  • Author(s): 池上花奈、美辺詩織、家田菜穂子、安部仁美、後藤哲平、前多敬一郎、束村博子、上野山賀久
  • Organizer: 第11回GPCR研究会
  • Place of Presentation: 日本科学未来館（東京都江東区）
  • Year and Date: 2014-05-09 – 2014-05-10