【研究分野】進化生物学

【研究領域課題番号】16H04820 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

V1R / pheromone receptor / vertebrates / evolution / 脊椎動物 / 進化 / フェロモン受容体 / 鋤鼻器官 / ancV1R / 偽遺伝子化 / ノックアウトマウス / フェロモン受容 / フェロモン

【研究成果の概要】

本研究において我々は115種におよぶ生物種の全ゲノム配列を網羅的に解析することで、ほぼ全ての脊椎動物が共有する唯一のフェロモン受容体遺伝子を発見した。一般的に、フェロモンやその受容体は多様性が大きく、異なる種間での共通性は極めて低いと考えられてきたのに対し、今回発見された遺伝子は、古代魚のポリプテルスからシーラカンス、そして哺乳類におよぶ広範な脊椎動物の種間において共通であるという驚くべき特徴を備えていた。これは４億年に渡る脊椎動物の進化の歴史において、この受容体が太古の祖先から高度に保存されてきたことを意味し、フェロモン受容の要となる中心的な機能を担っている可能性を示唆している。

【研究の社会的意義】

本研究では、ほぼ全ての脊椎動物がもつフェロモン受容体遺伝子ancV1Rを発見し、その進化解析をすることで機能を推定した。そもそもフェロモン受容体はそれぞれの種に特異的であり、種間の共通性は低いと考えられていたが、ancV1Rはその予想に反し、驚くべき共通性を保持していた。この研究はこれまでのフェロモン受容体に関するいくつかの常識を覆したため、学術的価値は高い。またancV1Rが、今後の畜産動物の効率的な繁殖管理方法の開発にもつながると期待され社会的な意義も大きいと考えている。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円)

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】19677002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マウス / フェロモン / 鋤鼻器官 / 受容体 / ペプチド / フェロモン受容体 / ESP1 / 性行動 / c-Fos

【研究成果の概要】

マウスのオスの涙に分泌されるペプチドESP1が、メスの性行動を誘導するフェロモンであることを明らかにした。哺乳類における初めてのペプチド性の性フェロモンであり、直接接触による個体間コミュケーションが存在することが明らかになった。また、ESP1を認識する鋤鼻受容体を同定し、その神経の投射先と神経回路の可視化に成功した。ESP1はマウスの繁殖行動の制御に使える可能性があるので特許出願をおこなった。哺乳類で「フェロモン分子」から「行動」までの経路を明らかにした初めての研究であり、行動を司る脳神経関連研究領域に大きな学術的波及効果がある。

【研究種目】若手研究(S)

【研究期間】2007 - 2011

【配分額】115,310千円 (直接経費: 88,700千円、間接経費: 26,610千円)

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】19370048 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

フェロモン / マウス / 鋤鼻器官 / 受容体

【研究成果の概要】

哺乳類のなかでもネズミやマウスなど齧歯類では、フェロモン物質が鋤鼻器官に作用することによって、性や異種の識別、異性生殖機能の状態の識別、性周期・成熟度・性行動のタイミング、攻撃行動などが制御されている。我々は、鋤鼻神経におけるc-Fosタンパク質の発現を活性化の指標として、フェロモン物質の探索をおこなったところ、オス涙から分泌されてメス鋤鼻器官に取り込まれて鋤鼻神経を発火させる新規の性特異的ペプチド(約7kDa)を見つけESP1と命名した。ESP1と類似の構造をもつメス特異的ペプチドESP36の同定にも成功した。本研究では、オス特異的ESP1、メス特異的ESP36、それぞれを認識する鋤鼻器官のV2R型受容体を決定する。本年度は、ESP1の受容体の絞り込みをおこなった。鋤鼻神経には、約60種類のV2R型鋤鼻受容体と約180種類のV1R型鋤鼻受容体がそれぞれ基底層側と鋤鼻内腔側に発現している。現在までに、涙腺から分泌されるオス特異的フェロモンESP1が、V2R型受容体を発現する鋤鼻神経のいくつかにおいてc-Fosの発現誘導を引き起こすことを見出している。そこで、まず、約60種類のV2Rのなかから、c-Fosと二重染色されるV2R遺伝子のタイプを特定したところ、V2Rp5というV2R遺伝子が候補としてあがった。V2Rp5を認識する抗体を作製し、鋤鼻器官での発現を解析したところ、鋤鼻器官片側あたり5-10個の鋤鼻神経での発現が確認できた。現在、V2Rp5のESP1に対する応答解析をおこなっている。一方、ESPペプチドファミリーのゲノムおよび発現解析の成果をCurrent Biologyに発表した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】生物生産化学・生物有機化学

【研究領域課題番号】16688005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

フェロモン / マウス / 鋤鼻器官 / 受容体 / 遺伝子発現誘導 / 構造決定

【研究成果の概要】

哺乳類のなかでもネズミやマウスなど齧歯類では、フェロモン物質が、性差や異種の識別、異性生殖機能の状態の識別、性周期・成熟度・性行動のタイミング、攻撃行動などを制御していることが知られている。前年度までに、外分泌腺由来のペプチドが鋤鼻器官を刺激することを見出した。本年度は、メスマウスをそれらのペプチドに曝すと、Gタンパク質Gαoとフェロモン受容体候補遺伝子V2Rを発現する基底層側の鋤鼻上皮の鋤鼻神経においてc-Fos発現誘導が見られることを見出した。また、嗅細胞と同様に、個々の鋤鼻神経には、約61種類あるV2Rのうちひとつだけが発現している。つまり、ペプチドがV2Rによって認識されているとすれば、c-Fos発現細胞には、ある特定のV2Rが発現していることが予想される。そこで、c-Fosの免疫染色とV2Rのin situ hybridizationとのダブル染色をすることにより、c-Fos発現細胞に発現しているV2Rの同定を試みた。まず、ゲノムデータベースから全長V2Rをコードしていると予測される44個のV2Rを抽出し、相同性にもとづいて、20個のPCRプライマーセットをデザインした。鋤鼻上皮由来のRNAサンプルを用いて、20ペアのRT-PCRを行ったところ、12ペアにおいて遺伝子の増幅がみられた。そこで、この12個のV2RタイプのcRNAをプローブとして用いて、c-Fosとの二重染色を行ったところ、一種類のV2R(V2Rpと命名)と完全に重なった。V2Rpプローブは、ゲノム上の相同性の高い6種類のV2Rを認識していると考えられるため、それぞれを特異的に区別するプローブを再設計し、二重染色を行ったところ、ひとつのV2R(V2Rp5と命名)と完全に重なった。すなわち、ペプチドによって刺激されてc-Fosの発現誘導が引き起こされる鋤鼻神経には、V2Rp5のみが発現していることから、V2Rp5が標的の受容体と考えられる。次に、V2Rp5の全長cDNAの決定を行ったところ、6個のexonと5個のintronからなる全長約17kbであることがわかり、さらに、alternative splicingがおきて5種類のmRNAができていることがわかった。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】20,410千円 (直接経費: 15,700千円、間接経費: 4,710千円)

【研究分野】生物形態・構造

【研究領域課題番号】12440234 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イモリ / フェロモン / ソデフリン / シリフリン / プロラクチン / アルギニンヴァソトシン / 生殖 / 求愛行動 / 肛門腺 / 中枢神経系 / 鋤鼻器官 / 嗅電図

【研究成果の概要】

我々は主としてアカハライモリ(Cynops pyrrohogaster)の生殖行動に関与するホルモンおよびフェロモンの同定、およびはたらきに的をしぼって研究を行った。その結果以下のような結果を得た。
生殖期に雄イモリは生殖可能な雌イモリの前で尾をさかんに振りフェロモン(ソデフリン)を放出し、精子塊を放出してそれを雌の総排泄口よりとり込ませて体内受精をさせる。尾をさかんに振る行動はプロラクチン(PRL)とアンドロゲンでひきおこされることがわかった。この場合PRLは中枢、おそらくpreoptic recess organおよび/またはnucleus infundiblaris dorsalisに作用することが脳室内投与およびプロラクチン受容体の免疫組織学的研究より明らかになった。一方アルギニンヴァソトシン(AVT)は上記求愛行動の発現をたかめることが明らかにされた。この場合AVTはVlaレセプターを介することが薬理学的実験からわかった。
一方イモリの求愛フェロモン(ソデフリン)には前駆体タンパクが存在することがソデフリンをコードするcDNAのクローニングによりわかった。更にこのタンパクのmRNAレベルはPRLとアンドロゲンによりたかめられることもわかった。一方雌のソデフリンに対する反応に関する研究では、ソデフリンは主として雌の鋤鼻上皮で受容されること、ソデフリンに対する雌の鋤鼻上皮の反応性はPRLとエストロゲンにより支えられていること、雄鋤鼻上皮も上記ホルモンによって反応性がたかまるが雌のそれにくらべてはるかに低いことが明らかにされた。アカハライモリと同族異種のシリケンイモリ(C.ensicauda)雄もソデフリンに相当する10箇のアミノ酸残基よりなるペプチドフェロモン(シリフリン)を有することがわかった。しかし両フェロモンはそれぞれ同種の雌にしか有効でなく、種特異性があり、おそらくこれが生殖隔離に寄与していることが示唆された。今後フェロモン受容体の特定をめざす。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】15,400千円 (直接経費: 15,400千円)