GnRHニューロンの細胞生理学的研究の急展開
日本医科大学大学院システム生理学分野

佐久間康夫

視床下部に分布するニューロンの産生する視床下部ホた［４］．

ル モ ン の ひ と つ， 性 腺 刺 激 ホ ル モ ン 放 出 ホ ル モ ン

ところがGnRHの分泌調節をはじめとする生理学的研（GnRH）の分離と構造決定を対象にSchallyとGuillmin

究は，限られた数のGnRHニューロンが他の細胞に混じがノーベル賞（1977年）を受けてから早いもので四半世って散在しているために，内分泌学的研究や形態学的研紀が経過した．インヒビンの発見などを経て，GnRHニ究に大きく立ち遅れてきた．この隘路を開くために従来ューロンが生殖内分泌機能を調節する視床下部下垂体性取られてきた戦略は（１）大型のGnRH細胞体が集塊と腺系の唯一・最終の共通路であることが確立し，栄養状して存在する魚類での比較生理学的研究［５］；（２）発態や日照時間といった体内外の環境の変化に反応して思がん遺伝子の導入により得られたマウスGnRH株細胞の春期の発動や性周期の維持，性腺機能の維持を行う原動利用であった．また，マウス胎児で嗅窩に集まっている力となっていること，おそらく細胞固有の性質として，移動開始前のGnRHニューロンを培養した研究もある

GnRHニューロンは規則的・律動的に興奮し，その結果［６］．最近になって（３）リポータ遺伝子の発現によりGnRHは下垂体門脈血中にヒトでは約60分の周期でパル

GnRHニューロンを特定する手法が普及し急速な研究のス状に分泌され，下垂体前葉に運搬されることなどが判展開により，魚類や株細胞における所見との比較やマウ明した．GnRHが下垂体前葉のゴナドトロピン分泌細胞ス，ラットの種差についての議論が可能になってきた．

（ゴナドトローフ）のGnRH受容体に強力なダウンレギ

ただし，硬骨魚ではGnRHニューロンが３部位にありュレーションを起こすことから，パルス状分泌により受［７］，集塊として存在する大細胞性GnRHニューロンは，容体が維持されると考えられ，このダウンレギュレーシ

終神経GnRH細胞と呼ばれ，ゴナドトロピン分泌調節でョンにより性ホルモン分泌を低下させ，子宮内膜症，子はなく脳の広い部分，嗅球から脊髄までに投射しおそら

宮筋腫や前立腺癌の治療を行う目的で，リュープロレリ

く性行動などに関わる神経回路の機能を修飾するものとンに代表される強力なアゴニストが日本で開発され広く考えられている．実際雄ティラピアのなわばり行動は，臨床応用されている．

終神経GnRH細胞の分泌するサケ型GnRHの合成を阻害

免疫組織化学やin situ hybridization法による形態学すると消失する．ゴナドトロピン分泌調節に関与する的研究も進み，哺乳類では多くの種で総数700〜2,000にGnRHニューロンは魚類でも内側視索前野に存在し，細すぎないこと，発生学的にはGnRHニューロンは驚くべ

胞体は終神経GnRH細胞に比べて小さい．中脳には魚類

きことに他の脳細胞とは異なり，嗅粘膜と鋤鼻器に由来から哺乳類まで系統発生的にもっとも良く保存されたし，胎生期に終神経を伝わって脳に入り最終的には内側GnRHを発現する細胞群が見い出されている．中脳の中隔，対角帯野，終板器官から視索前野（ラット，マウGnRHは，最初にニワトリで見い出されたのでChicken

ス，ヒツジ）または視床下部漏斗核周辺（ヒト，サル，GnRH IIと呼ばれる［８］．アミノ酸組成が僅かに異なウサギ，モルモット）まで移動し，定着して正中隆起外るGnRHファミリーは，ホヤからヒトに至るまで現在ま層外側部に軸索終末を送るという特異な過程をたどるこでに16種ほどが同定されている．とが分かった［１-３］．このことから細胞接着タンパク

魚，とくにドワーフグーラミにおける終神経GnRHニの関与などニューロンの移動一般を理解するためのモデューロンの特性は岡ら［５］により詳しく調べられていルとしても注目され，また，伴性遺伝性のカルマン症候

る．細胞内電位の記録，ホールセルクランプ膜電位ある群における無嗅症とゴナドトロピン欠損が接着タンパク

いは電流固定実験により，終神経GnRHニューロンがきをコードするKAL-1遺伝子の異常に起因し，嗅球の欠わめて規則的なペースメーカー電位を発生すること，こ損とGnRHニューロンが病態の基本にあることも判明しのペースメーカー電位はテトロドトキシン耐性のナトリ

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ウムチャネルと膜電位依存性カリウムチャネルの相互作に関るとされてきた．電位依存性カルシウムチャネルに用により生じ，この電位がある閾値に達すると通常のナは，この他にＰ/Ｑ型，Ｎ型，Ｒ型がある．われわれはトリウムチャネルが活性化され，周期的な活動電位が発最近，GT1細胞の一系統であるGT1-7を用いて，Ｒ，Ｌ，生する．活動電位の発生によりＮ型カルシウムチャネルＮ，Ｔ型チャネルの存在を確認し，GT1-7細胞の特色とが活性化し，細胞外カルシウムの流入が起こることなどして，Ｒ型の発現量がきわめて多く，カルシウム電流のも示されている．終神経GnRHニューロン自体にGnRH

75.6％がＲ型のブロッカーSNX-482により阻止されるこ受容体が存在していて，各種のイオンチャネルの活性がとを見い出した．Ｌ型のブロッカーで阻止される電流は修飾されるという．このように魚類終神経GnRHニュー17.9％であった．これらのブロッカーはともに脱分極にロンはゴナドトロピン分泌に直接関わるものではない

よる細胞内カルシウム濃度の上昇を阻止し，GnRHの分が，哺乳類でみられるパルス状GnRH分泌の発生機転を泌を抑制した［11］．GT1-7細胞にはATPをリガンドと理 解 す る う え で貴重なモデルである． また， 終 神 経するプリン受容体（P2XR）も存在する．P2XRはカルGnRHニューロンでは細胞体からGnRHの開口分泌が起シウムイオンをはじめとする陽イオンの流入を起こし，こることとの岡の報告は，ラットオキシトシンニューロ

二次的に電位依存性カルシウムチャネルを活性化するンでは軸索末端とは別個に樹状突起からオキシトシンが［12］．なお，GT1細胞は細胞内塩素イオンを駆出する膜分泌され，シナプス入力にポジティヴフィードバック様タンパクであるKCC-2共輸送体やCLC-2チャネルを欠に作用して，射乳時の軸索末端からの大量分泌を可能にく一方で，塩素イオンを取り込むNa-K-Cl共輸送体の１するとのLudwigらの所見［９］を考え合わせるとペプつであるNKCC1の発現のため細胞内塩素イオン濃度がチドホルモン分泌調節の観点からも興味深いものがあ

平衡電位で決まる濃度より高く，GABAの急性投与ではる．

脱分極が起こる［13］．この現象はGABAA受容体を介すWeinerら［10］がGnRHプロモータに腫瘍遺伝子を結るもので，発生途上のGnRHニューロン［６］やGnRH合したトランスジーンの導入により作成したマウスニューロンでも認められる［14］．GT1-7細胞にGABAGnRHの株細胞であるGT1細胞は，GnRHニューロンのが共存し，興奮に伴って分泌されることから，GABAに株細胞というばかりでなく，分化したニューロンの株細よるオートクリン調節の存在も考えられている［15］．

胞系としても貴重で，さまざまな実験に用いられてきた．

異常が嚢胞性線維症を起こすcAMP活性化陰イオンチャ

GT1細胞は自発放電活動やそれに伴う細胞内カルシウムネルCFTRもGT1-7細胞に発現しており，cAMPに反応イオン濃度の周期的変動，GnRHのパルス状分泌など本して塩素イオンの流出による脱分極とGnRH分泌を起こ

来のGnRH細胞の特性を維持している．電位依存性カルす［16］．

シウムチャネルを通って流入したカルシウムイオンは分

1999年になって複数のグループがGnRHプロモータに泌や神経細胞の興奮性の変化，遺伝子の転写調節などさリポータ遺伝子を結合したトランスジェニックマウスをまざまな効果を発揮するが，GT1細胞でもGnRH分泌を作出し，活きた状態でのGnRHニューロンの可視化に成促進し，GnRH遺伝子の転写と翻訳に影響を与える．電功した．性周期，産仔数などからみて，これらのトラン位依存性カルシウムチャネルのうちＬ型のブロッカーがスジェニックマウスのGnRH分泌に異常はないと考えら

細胞内カルシウム濃度の周期的変動とそれに伴うGnRHれた．Spergelら［17］は蛍光タンパクgreen fruorescent

分 泌 を 抑 制 す る こ と，GABA， グ ル タ メ ー ト，protein（GFP）をリポータとして用い，内側中隔，対NMDA，カイニン酸などによる細胞内カルシウム濃度

角帯野，終板器官，視索前野などの部位でGnRHニューの上昇もＬ型のブロッカーにより抑えられ，同時にロンが標識されることを確認したうえでパッチ記録を行

GnRH分泌も減少する．一方，Ｔ型チャネルのブロッカ

い，GnRHニューロンの活動電位波形が特異な後過分極ーもカルシウムイオンの流入を抑制することから，GT1を示すこと，GABAの急速な投与に対して大きな電流を細胞にはＬ型とＴ型のそれぞれ高閾値，低閾値の電位依生じること，グルタメートはAMPA受容体を介してほ存性カルシウムチャネルが存在し，GnRHの合成，分泌とんどの細胞が反応するが，NMDA受容体による反応

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は２割に留まることなどを示した．これらの所見は胎児

われわれの研究室の加藤昌克助教授は，生殖神経内分期から生後６ヵ月に至る雌雄マウスに共通であったとい

泌学の多くの基礎的データがラットで蒐集されてきたこう．Herbisonら［18］はLacZ遺伝子をリポータとしてとを考え，enhanced GFP（EGFP）をリポータとして用い，上記の組織化学によりGnRHニューロンの分布がGnRHニューロンを標識したトランスジェニックラット

知られている部位に加え，外側中隔，分界条床核や視蓋を作成した［27］．ラット新生仔から得た初代GnRHニなどニューロンも標識されたと述べ，発生起源の異なる

ューロンでは低閾値型電位依存性カルシウムチャネルはGnRHニューロンの存在を示唆したが，この所見は同じ認められず，高閾値型ではＬ型とＮ型を介する電流がそグループが後にGFPにより標識したトランスジェニック

れぞれ20％，Ｒ型が55％を占め，Ｐ/Ｑ型の関与は少な

マウスでは認められていない［19］．また，グルタメーかった．思春期前後になると，Ｔ型低閾値型チャネルとトがLacZ標識GnRHニューロンの移動に関与し，胎生期

Ｐ/Ｑ型高閾値チャネルを介する電流が増し，成長に伴の嗅上皮からの移動にはAMPA受容体が，対角帯野やうチャネル発現のスイッチングが判明した．また，Ｒ型視索前野への定着にはNMDA受容体が関与する可能性がこれほど多く発現しているニューロンは他に例がなを述べた［20］．2002年にはLacZ標識ニューロンに対す

く，なんらかの特異な生理的意義があると考えられる．

るGABAの作用を調べ，生後10〜17日令の幼若マウスでMoenterらがマウスで観察したように，成熟ラットのはGABAA受容体を介して興奮が起こるが，思春期にはGnRHニューロンでもGABAA受容体の急速な活性化でGABAにより脱分極を起こすものと過分極を起こすもの

は脱分極が起こり，持続的な投与に対する抑制反応とはがほぼ同数となり，成熟メスではすべてが過分極反応を異なった効果がみられる．以上みてきたように，GnRH起こすと報じた［21］．GFPで標識したGnRHニューロ

細胞の性質や調節機構に関する研究は最近数年で長足のンにおいても同様の結果が得られるので，この現象は進歩を遂げており，対象とする細胞，種差や性差などあLacZによる標識に伴う人工的なものでないと述べている意味では，混乱のただなかにある．マウスとラットでるが［19］，この点は他のグループでも，後述のわれわ

は生殖行動パターンにかなりの相違があり，ホルモン定れのラットでも確認されていない．GFPで標識したマウ量のための連続採血や脳定位手術など手技的な面でも改スGnRHニューロンを用いて詳細なカルシウム電流の解めてラットが注目され，ゲノムの解読やクローンラット析を行っているMoenterらによると，成熟マウスでは低の開発など，ポジショナルクローニングの可能性も視野

閾値型の電位依存性カルシウムチャネルは存在せず，高に入ってきたという［28］．今後エストロゲンによる正閾値型ではＬ型が25％にとどまり，GT1細胞と異なると負のフィードバック機構に関わる神経回路の同定やステいう［22］．これらのニューロンのスライス記録では，ロイドホルモンの作用機序などの研究，GnRHニューロ

GnRHのパルス様分泌に対応するとみられる10Hz前後のンの移動や定着における種差の解明に，われわれのラッ高頻度放電が持続的に起こる［23］．成熟マウスと生後トが有用と考えている．

４〜10日の幼若マウスの比較では，成長に伴いＬ型を介する電流が減少し，Ｎ型を介するものが増加するという，成長に伴うチャネル発現の変化を示した［24］．彼らはアロプレグネノロンやデヒドロエピアンドロステロンがGnRHニューロンのGABAA受容体のそれぞれアゴニスト，アンタゴニストとして働く可能性も示している［25］．
Moenterらは一貫してGABAA受容体の急速な活性化によるGnRHニューロンの興奮を示しており，絶食時における生殖内分泌系の抑制がGABA作動性の電流の減少によること，この減少がレプチンの後シナプス作用により補償されることなどをみている［26］．

76日本生殖内分泌学会雑誌

Vol. 92004

文

献１．Schwanzel-Fukuda M, Pfaff DW (1989) Origin of luteinizing
hormone-releasing hormone neurons. Nature 338, 161-164.
２．Wrey S, Grant P, Gainer H (1989) Evidence that cells expressing luteinizing hormone-releasing hormone mRNA inthe mouse are derived from progenitor cells in the olfactory
placode. Proc Nat Acad Sci USA 86, 8132-8136.
３．Daikoku-Ishido H, Okamura Y, Yanaihara N, Daikoku S(1990) Development of the hypothalamic luteinizing hormone-releasing hormone-containing neuron system in therat: In vivo and in transplantation studies. Dev Biol 140,374-387.

T O P IC S

４．Schwanzel-Fukuda M, Bick D, Pfaff DW (1989) Luteinizing
hormone-releasing hormone (LHRH)-expressing cells do
not migrate normally in an inherited hypogonadal (Kallmann) syndrome. Mol Brain Res 6, 311-326.
５．Oka Y (2002) Physiology and release activity of GnRH neurons. Prog Brain Res 141, 259-281.
６．Kusano K, Fueshko S, Gainer H, Wray S (1995) Electricaland synaptic properties of embryonic luteinizing hormonereleasing hormone neurons in explant cultures. Proc Nat
Acad Sci USA 92, 3918-3922.
７．Parhar IS (2002) Cell migration and evolutionary significance of GnRH subtypes. Prog Brain Res 141, ３-17.
８．Miyamoto K, Hasegawa Y, Nomura M, Igarashi M, Kangawa
K, Matsuo H (1984) Identification of the second gonadotropin-releasing hormone in chicken hypothalamus: Evidence
that gonadotropin secretion is probably controlled by two
distinct gonadotropin-releasing hormones in avian species.
Proc Nat Acad Sci USA 81, 3874-3878.
９．Ludwig M, Sabatier N, Bull PM, Landgraf R, Dayanithi G,
Leng G (2002) Intracellular calcium stores regulate activitydependent neuropeptide release from dendrites. Nature 418,85-89.
10．Mellon PL, Windle JJ, Goldsmith PC, Padula CA, Roberts JL,Weiner RI (1990) Immortalization of hypothalamic GnRH
neurons by genetically targeted tumorigenesis. Neuron 5,1-10.
11．Watanabe M, Sakuma Y, Kato M (2004) High expression of
the R-type voltage-gated Ca2+ channel and its involvementin Ca2+-dependent gonadotropin-releasing hormone releasein GT1-7 cells. Endocrinology 145, 2375-2383.
12．He ML, Zemkova H, Koshimizu TA, Tomic M, Stojilkovic SS(2003) Intracellular calcium measurements as a method instudies on activity of purinergic P2Ｘ receptor channels. AmJ Physiol Cell Physiol 285: C467-C479.
13．Hales TG, Sanderson MJ, Charles AC (1994) GABA has excitatory actions on GnRH-secreting immortalized hypothalamic (GT1-7) neurons. Neuroendocrinology 59, 297-308.
14．DeFazio RA, Heger S, Ojeda SR, Moenter SM (2002) Activation of A-type gamma-aminobutyric acid receptors excites gonadotropin-releasing hormone neurons. Mol Endocrinol 16, 2872-2891.
15．Ahnert-Hilger G, John M, Kistner U, Wiedenmann B, Jarry
H (1998) Immortalized gonadotropin-releasing hormone
neurons secrete gamma-aminobutyric acid: Evidence for an
autocrine regulation. Eur J Neurosci 10, 1145-1152.
16．Weyler RT, Yurko-Mauro KA, Rubenstein R, Kollen WJW,Reenstra W, Altschuler SM, Egan M, Mulberg AE (1999)
CFTR is functionally active in GnRH-expressing GT1-7 hy-pothalamic neurons. Am J Physiol Cell Physiol 277,
C563-C571.
17．Spergel DJ, Kruth U, Hanley DF, Sprengel R, Seeburg PH(1999) GABA- and glutamate-activated channels in green
fluorescent protein-tagged gonadotropin-releasing hormone
neurons in transgenic mice. J Neurosci 19, 2037-2050.
18．Skynner MJ, Slater R, Sim JA, Allen ND, Herbison AE(1999) Promoter transgenics reveal multiple gonadotropinreleasing hormone-I-expressing cell populations of different
embryological origin in mouse brain. J Neurosci 19,5955-5966.
19．Han SK, Todman MG, Herbison AE (2004) Endogenous
GABA release inhibits the firing of adult gonadotropin-releasing hormone neurons. Endocrinology 145: 495-499,
20．Simonian SX, Herbison AE (2001) Differing, spatially restricted roles of ionotropic glutamate receptors in regulating
the migration of GnRH neurons during embryogenesis. JNeurosci 21, 934-943.
21．Han SK, Abraham IM, Herbison AE (2002) Effect of GABA
on GnRH neurons switches from depolarization to hyperpolarization at puberty in the female mouse. Endocrinology
143, 1459-1466.
22．Nunemaker CS, DeFazio RA, Moenter SM (2003) Calcium
current subtypes in GnRH neurons. Biol Reprod 69,1914-1922.
23．Suter KJ, Wuarin JP, Smith BN, Dudek FE, Moenter SM(2000) Whole-cell recordings from preoptic/hypothalamic
slices reveal burst firing in gonadotropin-releasing hormone
neurons identified with green fluorescent protein in transgenic mice. Endocrinology 141, 3731-3736.
24．Nunemaker CS, DeFazio RA, Geusz ME, Herzog ED, Pitts
GR, Moenter SM (2001) Long-term recordings of networks
of immortalized GnRH neurons reveal episodic patterns ofelectrical activity. J Neurophysiol 86, 86-93.
25．Sullivan SD, Moenter SM (2003) Neurosteroids alter gamma-aminobutyric acid postsynaptic currents in gonadotropin-releasing hormone neurons: A possible mechanism fordirect steroidal control. Endocrinology 144, 4366-4375.
26．Sullivan SD, DeFazio RA, Moenter SM (2003) Metabolic
regulation of fertility through presynaptic and postsynaptic
signaling to gonadotropin-releasing hormone neurons. JNeurosci 23, 8578-8585.
27．Kato M, Ui-Tei K, Watanabe M, Sakuma Y (2003) Characterization of voltage-gated calcium currents in gonadotropin-releasing hormone neurons tagged with green fluorescent protein in rats. Endocrinology 144, 5118-5125.
28．Abbott A (2004) The Renaissance rat. Nature 428, 464-466.

トピックス77