反芻動物が発情特異的に発散するフェロモン・匂い分子の探索と作用解明

• 研究課題/領域番号: 21K05911
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分42010:動物生産科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構
• 研究代表者: 若林 嘉浩 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 畜産研究部門, 上級研究員 (00510695)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: フェロモン / 繁殖 / 発情 / ヤギ / GnRHパルスジェネレーター / GnRH

研究開始時の研究の概要

哺乳類は様々な場面で匂いやフェロモンなどをコミュニケーションの手段として利用している。特に発情時のメスは多くのシグナルを周囲に放出していると考えられるが、分子自体は同定されておらず、その特性や具体的な効果などは明らかにされていない。そこで本研究では、反芻家畜であるヤギおよびウシが発情特異的に発散する分子の作用により誘起される行動変化や神経活動変化を指標とした生物検定系を確立し、これを利用してこれら分子の探索を行う。また、受容個体における受容部位や情報伝達経路を解明することで、反芻動物の発情時におけるコミュニケーション機構を明らかにする。

研究実績の概要

哺乳類は様々な場面で匂いやフェロモン等を個体間のコミュニケーションの手段として利用している。特に発情時のメスは多くのシグナルを周囲に放出すると考えられるが、実際に、その種類や特性などは明らかにされていない。そこで本研究では、反芻家畜であるヤギおよびウシが発情特異的に発散する分子によって誘起される行動変化や神経活動変化を指標とした生物検定系を確立し、これを利用して分子の探索を行う。また、発情シグナルの受容部位や情報伝達経路を解明し、反芻動物の発情時におけるコミュニケーション機構を明らかにする。これまでに、発情時に特異的に発散される分子あるいは顕著に発散量の増減が見られる分子（発情シグナル分子）の活性評価のために、ヤギを用いて発情シグナル分子による活性化部位と想定される繁殖中枢（視床下部弓状核キスペプチンニューロン神経系）に記録電極を留置してその神経活動を記録可能な検定系を確立した。この検定系を用い、発情時あるいは非発情時の尿あるいは膣周辺スワブなどを呈示した際の繁殖中枢神経活動変化を解析した結果、尿中に神経活動を上昇させる成分が存在することを明らかにした。また、ウシ発情シグナル分子同定と検定系の確立のため、発情時期を同期化した黒毛和種より、発情前後数日間、経時的に採取した腟粘液サンプルを用いて、各サンプルに含まれる成分について、種々のガス検知管を用いて検出した。その結果、尿中成分について複数種のガス検知管による検出が可能であることを明らかにした。今年度は、発情シグナルの受容部位解明のため、発情時の尿を呈示したヤギ鋤鼻器、嗅上皮を採取し、神経活動上昇のマーカーであるpS6を、特異的抗体を用いて検出する手法を確立した。さらに、匂い受容体あるいは鋤鼻受容体遺伝子との共染色法も同時に確立し、発情時シグナルがどのような受容体によって検出されるかを解析するための手法を確立した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本研究の計画は、反芻動物が発情時特異的に発散する分子（発情シグナル）の同定、その分子の受容・脳内情報伝達経路をはじめとした作用機序の解明、発情シグナル分子の検出手技の探索、を目的としている。これまでに、発情シグナルの生物検定系としてヤギ繁殖中枢神経活動を記録解析するシステムを確立するとともに、このシステムを用いて、ヤギ尿を呈示した際に誘起される神経活動変化が、黄体形成ホルモン（LH）の分泌を伴っていることなどを明らかにしている。この結果から、この分子の脳内作用機序として、視床下部に伝達された情報によって下垂体からのLH分泌を促進するという作用機序を明らかにできた。さらに昨年度には、これらシグナルの脳内への情報伝達経路の候補である嗅上皮および鋤鼻器において、尿呈示によって活性化される神経細胞の特異的マーカーであるpS6染色により検出可能な手法を確立した。一方、発情シグナル分子の同定については、黒毛和種より採取した発情前後の腟粘液などの分析用サンプルを利用して、発情シグナル分子検出のために、種々のガス検知管による検出法検討を行った結果、ウシ尿サンプルを事前に加熱した状態で検出を行うことで、複数の分子の濃度を、ガス検知管で簡便に測定可能であることを明らかにした。受容機構解明と簡便な検出手技については概ね順調に進んでいるが、発情シグナルの本体となる分子の同定が遅れているため、全体として、やや遅れていると判断した。

今後の研究の推進方策

発情シグナルの同定について、採取した種々のサンプルを機器分析することにより、発情時特異的に発散される分子、あるいは発情前後で含有量が顕著に変化する分子の探索を引き続き行う。サンプルが不足する場合には、随時、発情同期処理を施した個体の発情前後数日間の各種生体サンプルを採取しつつ解析を行う。発情シグナルの検出手法の検討については、引き続きガス検知管による検出法の探索を進める。サンプル加熱によって濃度測定が可能であることがわかっている分子について、発情時と非発情時のサンプル間で検出濃度に有為な差が出るか否かを詳細に検討する。また、分析によって新たに発情シグナル分子の候補が確認された場合には、その分子の特性に合わせて検知可能な手技の検討を行っていく。また、発情シグナルの受容機構解明については、発情シグナル呈示後の個体の鋤鼻器、嗅上皮を採取し、昨年度に確立した活性化された神経細胞の検出法を用いて、受容部位の特定を行う予定である。