社会性昆虫におけるモノアミンを介した脳と末梢器官の相互情報伝達機構に関する研究

• 研究課題/領域番号: 17K07491
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 動物生理・行動
• 研究機関: 玉川大学
• 研究代表者: 佐々木 謙 玉川大学, 農学部, 教授 (40387353)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 生体アミン / 社会性昆虫 / 生殖器官 / 毒腺 / 末梢器官 / 脳 / 毒液 / 合成酵素 / 繁殖分業 / 受容体 / カテコール系アミン / ドーパミン / cAMP / カースト / 性 / 昆虫 / 行動学 / 生理学 / 神経科学 / 生理活性

研究成果の概要

本研究では、セイヨウミツバチを用いて、末梢器官（特に生殖器官）におけるモノアミンの作用機構をモデル化するとともに、末梢器官で合成されるモノアミンの合成過程と、脳におけるアミン合成との関係を調べた。雄生殖器官において、複数のドーパミン受容体遺伝子の発現が確認され、ドーパミンに対するcAMP量の増加が検出された。体液中のドーパミンが濃度変化を示すことから、ドーパミンのホルモン様作用が示唆された。また、雌の毒腺ではモノアミンが合成され、モノアミン合成酵素遺伝子の発現も認められ、さらにカースト差も見られた。いくつかの脳内アミンでは毒嚢内アミン量との相関が見られ、両組織を仲介する因子の存在が示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

モノアミンによる神経系への作用については、以前から数多く研究されてきたが、体液を介した末梢器官への作用については殆ど研究がなかった。本研究はドーパミンによる昆虫の生殖器官に対するホルモン様作用を実験的に初めて証明した。また、毒腺によるモノアミン合成の過程を合成酵素遺伝子のレベルで示したことも新しい知見である。これらの知見は、他の昆虫を含めた神経・内分泌学の基礎研究に貢献するだけでなく、農業における有用昆虫や有害虫の管理にも応用し得る有用な情報である。

研究成果

• [雑誌論文] Reproductive workers insufficiently signal their reproductive ability in a paper wasp. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuchida, K., Saigo, T., Asai, K., Okamoto, T., Ando, M., Ando, T., Sasaki, K., Yokoi, K., Watanabe, D., Sugime, Y., Miura, T.
  • 雑誌名: Behavioral Ecology 巻: 31 号: 2 ページ: 577-590
  • DOI: 10.1093/beheco/arz212
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression of flight activity by a dopamine receptor antagonist in honeybee (Apis mellifera) virgin queens and workers (2019)
  • 著者名/発表者名: Sayed Ibrahim Farkhary, Ken Sasaki, Shinya Hayashi, Ken-ichi Harano, Satoshi Koyama,
  • 雑誌名: Journal of Insect Behaviour 巻: 32 号: 3 ページ: 218-224
  • DOI: 10.1007/s10905-019-09728-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transcriptomic comparison between beetle strains selected for short and long durations of death feigning. (2019)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama, H., Sasaki, K., Hinosawa, S., Tanaka, K., Matsumura, K., Yajima, S., Miyatake, T.
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 9 号: 1 ページ: 14001-14001
  • DOI: 10.1038/s41598-019-50440-5
  • NAID: 120006732040
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ミツバチの社会性進化－繁殖分業を獲得したミツバチとその仲間たち (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木謙
  • 雑誌名: 生物の科学 遺伝 巻: 73 ページ: 44-49
• [雑誌論文] Functional gene expression of dopamine receptors in the male reproductive organ during sexual maturation in the honey bee (Apis mellifera L.) (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Matsushima, T. Watanabe, K. Sasaki
  • 雑誌名: Journal of Insect Physiology 巻: 112 ページ: 9-14
  • DOI: 10.1016/j.jinsphys.2018.11.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Caste-specific development of the dopaminergic system during metamorphosis in female honey bees (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Sasaki, A. Ugajin, K. Harano
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 13 号: 10 ページ: e0206624-e0206624
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0206624
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Uptake of plant-derived specific alkaloids allows males of a butterfly to copulate (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Honda, J. Matsumoto, K. Sasaki, Y. Tsuruta, Y. Honda
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 5516-5516
  • DOI: 10.1038/s41598-018-23917-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Queen contact and among-worker interactions dually suppress worker brain dopamine as a potential regulator of reproduction in an ant. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimoji, H., Aonuma,H., Miura, T., Tsuji, K., Sasaki, K., Okada, Y.
  • 雑誌名: Behavioral Ecology and Sociobiology 巻: 71 号: 2 ページ: 35-35
  • DOI: 10.1007/s00265-016-2263-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Caste differences in the association between dopamine and reproduction in the bumble bee Bombus ignitus (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Sasaki, H. Matsuyama, N. Morita, M. Ono
  • 雑誌名: Journal of Insect Physiology 巻: 103 ページ: 107-116
  • DOI: 10.1016/j.jinsphys.2017.10.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fighting and stinging responses are affected by a dopamine receptor blocker flupenthixol in honey bee virgin queens (2017)
  • 著者名/発表者名: S. I. Farkhary, K. Sasaki, S. Hayashi, K. Harano, S. Koyama, T. Satoh
  • 雑誌名: Journal of Insect Behavior 巻: 30 号: 6 ページ: 717-727
  • DOI: 10.1007/s10905-017-9650-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] 特集「昆虫の社会性進化」 研究者を惹きつける社会性昆虫 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 謙
  • 雑誌名: 昆虫と自然 巻: 52 ページ: 2-4
• [学会発表] Daily rhythm of territorial flight and foraging in males in the large carpenter bee, Xylocopa appendiculata (2020)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, K., Goto, K., Harano, K.
  • 学会等名: Asian Apicultural Association Philippines Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] セイヨウミツバチ雌のカースト特異的な形質の潜在的な連続性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐々木謙・原田真理子
  • 学会等名: 第64回日本応用動物昆虫学会
• [学会発表] セイヨウミツバチ雄における加齢に伴う脳内ドーパミン増加の生理機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 渡邉智大・佐々木謙
  • 学会等名: 第64回日本応用動物昆虫学会
• [学会発表] セグロアシナガバチにおける日長依存のカースト決定に介在する生体アミン類の特定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉村英翔・山田佳廣・佐々木謙
  • 学会等名: 第64回日本応用動物昆虫学会
• [学会発表] Differences in dopaminergic system between castes during metamorphosis in female honey bees (2019)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, K., Ugajin, A., Harano, K.
  • 学会等名: 8th International Symposium on Insect Molecular Science
  • 国際学会
• [学会発表] Enhanced genes expression of enzymes involved in dopamine biosynthesis by a juvenile hormone analog in honey bee males (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, T., Matsushima, K., Sasaki, K.
  • 学会等名: 8th International Symposium on Insect Molecular Science
  • 国際学会
• [学会発表] The role of biogenic amines in the expression of the learning flight behaviour in male and worker bumblebees. (2019)
  • 著者名/発表者名: Robert, T., Sasaki, K.
  • 学会等名: International Student Symposium on Animal Behavior & Cognition
• [学会発表] キムネクマバチ雄のなわばり飛翔時間帯と採蜜のタイミング (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木謙・後藤健太・原野健一
  • 学会等名: 日本動物行動学会第38回大会
• [学会発表] Mechanisms underlying the increase of brain dopamine with aging for sexual maturation in males in the honey bee (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, T., Sasaki, K.
  • 学会等名: 日本比較生理生化学会第41回大会（JSCPB 2019）
• [学会発表] 女王とワーカーの行動をつくりだす脳内物質 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木謙
  • 学会等名: ミツバチサミット2019
• [学会発表] セイヨウミツバチのカースト特異的な形質の潜在的連続性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木謙・原田真理子
  • 学会等名: 関東昆虫学研究会第3回大会
• [学会発表] ミツバチ雄におけるチロシン摂取による脳内ドーパミン増加の仕組み (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡邉智大・佐々木謙
  • 学会等名: 関東昆虫学研究会第3回大会
• [学会発表] カイコガ幼虫における味覚情報に制御された宿主摂食機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 常藤加菜・遠藤悠・志井文香・佐々木謙・永田晋治・佐藤令一
  • 学会等名: 日本蚕糸学会第89回大会
• [学会発表] セイヨウミツバチ雌の変態期に生じる脳内ドーパミン系のカースト差 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木謙・宇賀神篤・原野健一
  • 学会等名: 第63回日本応用動物昆虫学会
• [学会発表] セイヨウミツバチ雄における性成熟までの脳内アミン量増加の要因 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡邊智大・佐々木謙
  • 学会等名: 第63回日本応用動物昆虫学会
• [学会発表] 死にまね行動を制御する遺伝子群の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮竹貴久・内山博允・佐々木謙・日ノ澤祥悟・田中啓介・松村健太郎・矢嶋俊介
  • 学会等名: 第63回日本応用動物昆虫学会
• [学会発表] ミツバチの雌で生じる脳内ドーパミン系のカースト差とその意味 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木謙・宇賀神篤・原野健一
  • 学会等名: 第8回ミツバチシンポジウム
• [学会発表] ミツバチ雄における幼若ホルモン類似物質によるドーパミン合成酵素遺伝子発現量の選択的増加 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡邉智大・佐々木謙
  • 学会等名: 第8回ミツバチシンポジウム
• [学会発表] Functional gene expression of dopamine receptors in the male reproductive organ during sexual maturation in the honey bee (Apis mellifera L.) (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Matsushima, T. Watanabe, K. Sasaki
  • 学会等名: 行動生態学シンポジウム
• [学会発表] Biogenic amines and division of labor in eusocial Hymenoptera (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Sasaki
  • 学会等名: International Congress of IUSSI 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Ultrasensitive chemosensory neurons in silkworm identify its host plant without biting (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Tsuneto, H. Endo, K. Sasaki, R. Sato
  • 学会等名: The 10th International Workshop on Molecular Biology and Genetics of the Lepidoptera
  • 国際学会
• [学会発表] ミツバチ雌の中間カースト個体の攻撃性と脳内ドーパミン量 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐々木謙・原田真理子
  • 学会等名: 日本動物行動学会第37回大会
• [学会発表] Sex difference of juvenile hormone effects on biogenic amines in honey bees (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Watanabe, K. Sasaki
  • 学会等名: 日本比較生理生化学会第40回大会
• [学会発表] セイヨウミツバチにおける幼若ホルモンによる生体アミンへの影響の性差 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邉智大・佐々木謙
  • 学会等名: 第2回関東昆虫学研究会
• [学会発表] クロマルハナバチ雌の卵巣発達に伴う脳内ドーパミン量の動態とそのカースト差 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐々木謙・松山日名子・森田成亮・小野正人
  • 学会等名: 第62回日本応用動物昆虫学会大会
• [学会発表] ミツバチ雄における幼若ホルモンによるドーパミン・オクトパミン合成酵素遺伝発現への影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邊智大・佐々木謙
  • 学会等名: 第62回日本応用動物昆虫学会大会
• [学会発表] 昆虫の行動様式に基づくトランスクリプトーム解析と生体アミン関連遺伝子の発現 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐々木謙
  • 学会等名: 昆虫ソシオゲノミクス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] The influence of dopamine on flying behaivor of honey bee workers (2017)
  • 著者名/発表者名: S. I. Farkhary, K. Sasaki, S. Hayashi, K. Harano, S. Koyama, T. Satoh
  • 学会等名: 45th Apimondia International Apicultural Congress
  • 国際学会
• [図書] Reproductive physiology of male honey bees, In: Advances in Animal Science and Zoology, vol. 14 (ED.) Owen P. Jenkins, Chapter 2, p37-59 (2019)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, K.
  • 総ページ数: 226
  • 出版者: NOVA Science Publishers
  • ISBN: 9781536164893
• [図書] Advances in Animal Science and Zoology, Monogyny and polygyny: plasticity of a number of queens in a colony in arboreal species, Chanpter 4, (Ed.) Owen P. Jenkins (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Sasaki, S. Koyama, T. Satoh
  • 総ページ数: 221
  • 出版者: NOVA Science Publishers
  • ISBN: 9781536139792
• [図書] Social behaviors modulated by tyramine and octopamine in insects, In: Biogenic Amines (BA): Origins, Biological Importance and Human Health Implications, (Ed.) Joanna Standnik, chapter 9, p313-336 (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Sasaki
  • 総ページ数: 24
  • 出版者: NOVA Science Publishers
  • ISBN: 9781536127133
• [備考] ResearchGate
  • URL: http://www.researchgate.net/profile/Ken_Sasaki2
• [備考] Researchmap
  • URL: http://researchmap.jp/read0054468
• [備考] 昆虫の死にまねを制御する遺伝子群を世界に先駆けて発見！
  • URL: http://www.tamagawa.jp/graduate/news/detail_16657.html
• [備考] ミツバチの女王蜂と働き蜂では、脳内物質『ドーパミン』の量が成長過程で大きく異なっていた！
  • URL: http://www.tamagawa.jp/graduate/news/detail_15176.html
• [備考] ミツバチの脳内物質がホルモンとして作用－雄の生殖器官にドーパミンが作用することを発見！
  • URL: http://www.tamagawa.jp/graduate/news/detail_15529.html
• [備考] チョウが植物の成分を薬物として利用することを発見！
  • URL: http://www.tamagawa.jp/graduate/news/detail_14149.html
• [備考] 玉川大学HP，研究紹介
  • URL: http://www.tamagawa.jp/graduate/news/detail_13549.html
• [備考] ResearchGate, 研究者紹介HP
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Ken_Sasaki2