雌マウスにおける雄型性行動発現に対する抑制神経回路の解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K06471
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 松本 高広 徳島大学, 先端研究推進センター, 教授 (70447374)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 性分化

Outline of Annual Research Achievements

哺乳類の雌雄間には種々の差異が存在し、その性差は特に生殖に関わる行動パターンに顕著に現れる。雄の性行動は能動的であり、齧歯類の雄は発情雌に対し馬乗りとなるマウント行動、挿入行動を繰り返し、やがて射精行動に至る。一連の雄型性行動は、各々に特徴的な行動パターンとして現れるため、容易に区別することができる。一方、発情雌は雄のマウントに反応し、反射的に脊柱を湾曲させるロードシス行動を示し、雄を受け入れる。このように明確に異なる性行動パターンは、それぞれ雌雄の性に厳格に固定されている。そのため、性成熟した雌に、たとえ多量のアンドロゲンを投与してもある程度のマウント発現は観察されるが雄のレベルに比べ極めて低い。また、射精行動パターンに至っては決して観察されることはない。これは、中枢神経系に発達した性中枢の神経回路に構造的・機能的な雌雄差が形成されていることを反映している。
昨年度までの解析により、性成熟後の雌マウスの外側傍巨大細胞網様核を構成する３つの亜核群（吻側亜核、中間亜核、尾側亜核）において、中間亜核の神経細胞が雌ラットおよび雌マウスにおいて雄型性行動パターンの発現を抑制していることを明らかにした。そこで今年度は、外側傍巨大細胞網様核に豊富に存在するセロトニン神経に焦点を当て検証を進めた。セロトニン神経を選択的に破壊する5,7-dihydroxytryptamine（5,7-DHT）を外側傍巨大細胞網様核の中間亜核に微量注入し、雌マウスにおける雄型性行動の発現を観察した結果、マウント及び挿入パターンの発現が増加し、一部の雌マウスで射精パターンを示す個体が出現することが判明した。この結果から、雌マウスが射精パターンに至る雄型性行動を示さない要因として、外側傍巨大細胞網様核の中間亜核を起点としたセロトニン作動性の抑制神経回路が発達していることに起因することが示された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

成体の雌マウスに脳定位固定装置下にて、外側傍巨大細胞網様核の中間亜核にセロトニン神経の選択的な破壊を誘導する5,7-DHTの微量注入手術を施し、テストステロン投与後に１週間毎に計3回の雄型性行動テストを行なった。その結果、中間亜核のセロトニン神経破壊を施された雌マウスでは、マウント発現が亢進し、挿入パターンの発現も増加することが明らかとなった。さらに、10匹中2匹の雌の個体で射精パターンの発現が観察されることを見出した。これらの結果から、雌の脳内にも射精、挿入、マウントの全ての行動発現プログラムが潜在していること、さらに、この雄型性行動発現機構に対し外側傍巨大細胞網様核の中間亜核におけるセロトニン神経が強く抑制をかけていることが示された。次に、セロトニン神経破壊により雄型性行動パターンが亢進した雌マウスにおいて、どの神経領域の細胞が活性化されるかを、神経細胞の活性化マーカーであるc-fos発現を指標に、また、どの神経領域のセロトニン神経終末が低下しているかを比較検討した。その結果、視索前野、分界条床核、扁桃体、弓状核、室傍核におけるc-fos陽性細胞の強い局在が確認された一方、視索前野、室傍核においてのみセロトニン神経終末が強く減少していることを確認した。したがって、雌脳における雄性行動に対する抑制神経回路においては、外側傍巨大細胞網様核の中間亜核から視索前野及び室傍核への神経投射が重要な役割を担う可能性が示された。現在は、経シナプス性の順行性ウイルストレーサーを用い、中間亜核のセロトニン産生神経細胞を起点とした神経回路網の可視化実験を進行している。

Strategy for Future Research Activity

本研究により外側傍巨大細胞網様核の中間亜核におけるセロトニン神経細胞が雌脳における異性行動発現に対して抑制機能を担っていることが明確となった。現在の脳の性分化の概念は、雌脳をデフォルトとして、周生期にアンドロゲンが作用すると、能動的に雌脳から雄脳が作り出されると考えられている（雄性化）。一方、脳の雌性化は受動的プロセスであり、周生期にアンドロゲンが作用しないと基本型である雌脳としてそのまま発達するというモデルである。これに対し、雌脳における射精を含む雄性行動パターン発現能とその抑制神経回路が存在することを示した本研究結果を考慮すると、雌脳への性分化の過程は、抑制性のセロトニン神経回路を積極的に発達させる能動的な脱雄性化プロセスであることを新たに提唱するものである。今後は、作動薬（CNO）投与により神経活動を制御するDREDD法を用いて、中間亜核のセロトニン神経活動を抑制し、雄型性行動発現に対する効果を調べる。セロトニン神経に特異性を示すSERT-Creマウスを用いて、hM4Diを発現するアデノ随伴ウイルス（AAV）を中間亜核に脳定位固定装置下にて微量注入する。この場合、Cre依存的に発現するhM4Diは中間亜核のセロトニン神経のみに発現し、且つ、CNO存在下で神経活動を抑制する。そこでAAV を微量注入した雌マウスにCNOとアンドロゲンを事前投与し、雄型性行動テストを実施する。また、経シナプス性の順行性ウイルストレーサーである神経トレーサーである改変型単純ヘルペスウイルス（H129ΔTK-TT）を用い、中間亜核のセロトニン神経細胞を起点とした神経回路網の可視化を行い、雄性抑制神経回路の性的二型構築を明らかにする。

Causes of Carryover

新型コロナウイルス感染症の拡大により、当初、予定していた本研究成果の国内外の学会等がすべてキャンセルとなったため、次年度の使用額が生じた。翌年分として請求した研究費と合わせて物品費に使用する予定である。