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性フェロモンにより誘起される生殖内分泌・性行動の神経回路解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K16304
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分46030:神経機能学関連
研究機関東北大学 (2023)
国立研究開発法人理化学研究所 (2019-2022)

研究代表者

梶山 十和子  東北大学, 生命科学研究科, 助教 (00757130)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードゼブラフィッシュ / フェロモン / 血中ホルモン濃度 / 質量分析 / 神経ペプチド / in situ hybridization / データベース / 比較神経解剖学 / 性フェロモン / 嗅覚 / 嗅上皮 / 内分泌 / アトラス / 視床下部 / 性行動 / 生殖内分泌 / 生殖 / 神経回路
研究開始時の研究の概要

動物の生存のためには、外界の情報により体内の状態や行動を変化させることが不可欠である。とりわけ生殖活動においては多くの動物種で性フェロモンの情報が行動や内分泌系の制御に大きな役割を持つ。しかし、性フェロモンがどのような神経回路を介して内分泌・行動の変化をもたらすのかについては断片的にしか明らかになっていない。本研究は、脳が比較的小さいため脳全体の神経活動の同時的解析ができる、ノックアウトやトランスジェニックが容易に作出可能であるというメリットを持つゼブラフィッシュをモデルとして用い、性フェロモンの嗅覚入力から行動発現・内分泌変化という出力に至る一連の神経回路を包括的に解明することを目指す。

研究実績の概要

1.ゼブラフィッシュにおけるフェロモン刺激による血中ホルモン濃度変化の測定
ゼブラフィッシュに対し、ビデオ撮影により行動を記録しながらフェロモン候補物質による嗅覚刺激を行い、翌日に採血して血中のホルモン濃度を質量分析により測定する方法の確立に取り組んだ。インキュベーター内で他の情報を遮断しながら小型カメラでビデオ撮影を行い、匂い物質を飼育水中にインジェクションすることで匂い刺激を行い、翌日にゼブラフィッシュから全血採血を行った。質量分析により血中のアンドロゲンおよびDHPの量を測定し、刺激有無による変化を調べた。しかし、実験を行ったいくつかの条件では調べたホルモンにおいては有意な変化が見られなかったため、引き続き条件を検討する必要がある。
2.ゼブラフィッシュ成魚における脳内神経ペプチド発現アトラスとデータベースの公開
フェロモンにより活性化されるニューロン群の機能特定のためには、マーカー遺伝子を特定する必要がある。マーカー遺伝子同定のためのツールとして、ゼブラフィッシュの成魚において38種類の神経ペプチドと、興奮性/抑制性ニューロンマーカー遺伝子の発現をin situ hybridizationによりマッピングし、脳の切断面ごとの発現アトラスとしてまとめた。また、すべての染色データを共同研究によりデータベースとして公開した。本年度は終脳のデータの解析を行い、ゼブラフィッシュの発現データをマウスの発現データと比較することで、発現パターンがよく似ている神経核を複数見出した。また、視床下部の発現データをこれまでの参照用アトラスよりもより細かく分けた領域ごとに記録し、クラスター解析することで、これまでの参照アトラスよりも遺伝子発現パターンと合致する領域の分け方を見出した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

神経ペプチド発現アトラスとデータベースについて、論文を投稿し、レビューアーコメントをもとに追加解析を行い再投稿することができた。この過程でゼブラフィッシュとマウスの終脳の比較やゼブラフィッシュ視床下部の領域わけの更新の提案等今後の研究に役立つ解析結果を得ることができた。
また、研究計画に基づき、フェロモン刺激による生理状態をモニターする方法の確立にも成功したことから、おおむね順調に進んでいるとした。

今後の研究の推進方策

フェロモン刺激による血中ホルモン濃度の変化の測定を、フェロモンの濃度や魚の条件を変更して続行することで、フェロモンにより血中ホルモン濃度が変わる効果(フェロモンのプライマー効果)を検証できる条件を見出す。効果的な条件が見つかった場合、その際の行動ビデオの撮影、脳のサンプリング・下垂体のサンプリングを同時に行うことで、行動の変化、脳の神経活動の変化、下垂体の遺伝子発現の変化をモニターする。これらによりゼブラフィッシュにおけるプライマー効果の神経回路の全貌を明らかにする。
血中のホルモン濃度の変化がいずれの条件でも見られなかった場合は、着目している性フェロモン候補物質が、性フェロモン以外の機能をもっている可能性が考えられる。その場合は投与時の行動変化および脳活動の変化からその機能を予測し、検証する。

報告書

(5件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2024 2023 2022 2019 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] An atlas and database of neuropeptide gene expression in the adult zebrafish forebrain2024

    • 著者名/発表者名
      Towako Hiraki-Kajiyama, Nobuhiko Miyasaka, Reiko Ando, Noriko Wakisaka, Hiroya Itoga, Shuichi Onami, Yoshihiro Yoshihara
    • 雑誌名

      the Journal of Comparative Neurology

      巻: - 号: 6

    • DOI

      10.1002/cne.25619

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An atlas and database of neuropeptide gene expression in the adult zebrafish forebrain2022

    • 著者名/発表者名
      Towako Hiraki-Kajiyama, Nobuhiko Miyasaka, Reiko Ando, Noriko Wakisaka, Hiroya Itoga, Shuichi Onami, Yoshihiro Yoshihara
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: N/A

    • DOI

      10.1101/2023.03.29.534505

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Interspecies comparison of brains using small fishes2023

    • 著者名/発表者名
      Towako Hiraki-Kajiyama, Nobuhiko Miyasaka, Reiko Ando, Noriko Wakisaka, Hiroya Iyoga, Shuichi Onami, Yoshihiro Yoshihara, Kanako Mizukuchi, Yuji Nishiike, Daichi Kayo, Shuji Shigenobu, Satoshi Ansai, Kataaki Okubo, Hideaki Takeuchi.
    • 学会等名
      適応回路センサス 領域会議
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ゼブラフィッシュの成魚脳における 遺伝子発現アトラスの公開2023

    • 著者名/発表者名
      梶山十和子
    • 学会等名
      OLSP workshop 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Neuropeptide expression atlas in the adult zebrafish hypothalamus - definition of subnuclei and comparison with mammals -2022

    • 著者名/発表者名
      Towako Kajiyama, Yoshihiro Yoshihara
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ脳内の 神経ペプチド発現アトラス /研究者の出産育児ガイド ゼブラフィッシュ脳内の神経ペプチド発現アトラス/研究者の出産育児ガイド2022

    • 著者名/発表者名
      梶山十和子
    • 学会等名
      第46回日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム 東京大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A comprehensive map of neuropeptide expressions in the adult zebrafish brain2019

    • 著者名/発表者名
      Towako Hiraki-Kajiyama, Yoshihiro Yoshihara
    • 学会等名
      Neuro2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] The Adult Zebrafish Brain Gene Expression Database

    • URL

      https://ssbd.riken.jp/azebex/

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-12-25  

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