【研究報告】（自然科学部門）

昆虫を用いた栄養分依存的な選好性摂食行動の内分泌制御の解明

永田東京大学大学院新領域創成科学研究科先端生命科学専攻
緒言

晋治

准教授

オロギでは、RNA 干渉法（RNAi 法）による、標的の遺生理学的研究の知見から、昆虫においても、哺乳類伝子のノックダウンが容易であるため、栄養学的な手技など多くの生物種と同様に、行動や生体内のホメオスタを兼ね備えた、行動解析も簡便化された有用な生物種とシスに関わる調節が内分泌系で制御されていることが明して提案できる段階となった。

らかにされている。すなわち、脳神経系で産生され分泌その中で、昆虫において生体内の脂質制御調節機構されるホルモン類による調節機構は、生物種全般に共通に重要である脂質動員ホルモン Adipokinetic hormone

して認められる生体を維持するための重要なメカニズム（AKH）に着目して研究している2）。この AKH は、8 残である。近年、様々な生物種のゲノム配列およびトラン基のアミノ酸からなるペプチドホルモンで、脳に連絡すスクリプトーム解析の情報が容易に入手できるようになる側心体という神経球で産生分泌されている。またり、比較生物学的なアプローチは、ゲノム生物学を手技

AKH は、体内の栄養状態を感知し、体内で貯蔵されて的あるいは概念的に切り離すことのできない分野となっいた脂質や糖質を体液中（血液中）に動員する機能を有た。

するため、哺乳類のグルカゴンの機能的なオルソログと上記の通り、行動制御あるいは代謝制御には内分泌考えられている。体内の脂質代謝制御が、生物が摂食行系が重要であるが、内分泌系の中心的な役割を担ってい動を発現するために重要であることは言うまでもなく、るホルモン類の発見や同定は生化学的な研究に対して遅体内の栄養状態と選好性が密接に関連していることも明れをとっていたことは否めない。ところが、ゲノムや網らかにしている3）。しかし、現在のところ、そのメカニ羅的解析の情報開示により、その解析はで容易ズムを分子レベルで記述できる段階ではない。ここでにできるようになり、ゲノムにコードされたホルモン類

は、AKH 受容体（AKHR）を RNA 干渉法にてノックダはいまや有限個の要素として考えることができるようにウンしたコオロギ個体の生化学的な解析を中心とし、代なった。実際に、私たちの研究グループでは、非モデル謝レベルでの行動メカニズムを明らかにすることを目的昆虫種である不完全変態昆虫のフタホシコオロギとした。特に、脂肪酸組成が栄養状態、内分泌状態に応を用いて、多くのホルモン類を同答しダイナミックに変動することを見出したため報告す定することに成功した。これら同定したホルモン類の中る。

で、摂食行動を調節する神経ペプチド類に関しては、モデル昆虫種であるカイコ

実験方法で明らかにして1）

いる情報 を参照することで、フタホシコオロギでも同動物様のホルモン類が摂食行動を調節する因子として重要で研究室にて飼育しているフタホシコオロギおよび購入あることを明らかにしつつある。

したもの（月夜野フード、群馬）を用いた。長日条件
で 28℃にて飼育および観察した。

近年、私たちの研究グループでは、代謝と内分泌系

RNA 干渉法が調節する摂食行動を明らかにするため、非モデル生物であるフタホシコオロギを用いて、栄養分依存性の行動すでに報告している小沼らの条件2）と同様に行った。

解析をスピーディーにすることを実現してきた。例え

すなわち、T7 の塩基配列を有するプライマー（フォば、人工飼料を開発し、選好性行動のビデオモニタリン

ワード、リバース）を用いて AKHR の部分塩基配列グによる動作軌道解析も可能とした。また、フタホシコをコードする cDNA を PCR にて増幅した。この PCR
1

永田晋治

産物を用いて、T7RNA ポリメラーゼにて RNA を合その結果、脂肪酸組成中、ステアリン酸（18 : 0）の含成し 2 本鎖 RNA を作製後、コオロギに皮下注射する有量が顕著に低下した（図 1B）。また、脂肪酸組成の変ことで AKHR 遺伝子の転写量をノックダウンさせた

動が AKH によるものかを確認するために、化学合成を個体を調製した。

した AKH を皮下注射した後の、ステアリン酸含有率を分析したが、AKH 投与により脂肪酸組成は変動した

脂質・脂肪酸分析
脂質成分は、解剖して摘出したフタホシコオロギの組（図 1C）。すなわち、AKH は飽和脂肪酸であるステアリ織あるいは体液をクロロホルム：メタノール（1 : 1）ン酸の組成比に影響を与えることがわかった。

により抽出し、その抽出溶液を Lorenz らの方法により分画後4）、脂質画分を得た。全脂質量はリン酸バニ

2.

脂肪酸不飽和化酵素の転写変動

リン法にて分析した。さらに、抽出後の脂質成分をけ次に脂肪酸の飽和、不飽和に関わる酵素であるステん化し ADAM にて蛍光標識し、逆相 HPLC にて定量アロイル CoA 還元酵素（SCD）の発現変動と脂肪酸合した。

成に関わることを検討した。フタホシコオロギの場合

RT-PCRは、一般的な生物種と異なり Δ9 だけでなく、Δ12 もゲ

目的の遺伝子は、RT-PCR にて発現を確認した。RT-ノム上にコードされており、共に SCD として働くこと

PCR にはフタホシコオロギの成虫を解剖後 RNA を抽を あ ら か じ め 見 出 し て い た。 そ こ で、 両 SCD を 共 に出し調製した cDNA を用いた。

RNAi によりノックダウンすると、致死となった（図2A）。次に、SCD の転写変動を定量的 PCR により分析

結1.

果

したところ、絶食により脂肪組織（脂肪体：Fat body）AKH 受容体の発現量低下による体内の脂質成分の内での転写が大きく変動していた。すなわち、絶食後の変化

フタホシコオロギでは、顕著に SCD の転写量が低下した（図 2B）。

フタホシコオロギの AKH 受容体（AKHR）をコードする 2 本鎖 RNA を成虫雄の個体に皮下注射により投与

次に、食餌による SCD の発現量の回復を検討したとした。その結果、AKHR の発現部位である脂肪体におころ、絶食後に減少した脂肪体内の SCD の転写量は再いて 3 日後には顕著な発現量の低下が認められた。この給餌により回復することがわかった。

個体を用いて、まず、体液（血液）中の全脂質量を定量

この SCD の転写量回復が、食餌でのどの成分によるした。その結果、AKHR ノックダウン個体では、体液ものかを明らかにするため、人工飼料にタンパク質、脂中の脂質量が顕著に低下した（図 1A）。

質、糖質の 3 つの組成を別々に添加した餌を用いて、そこの脂質成分を明らかにするため、脂質の主成分でれぞれを再給餌した際の脂肪体内の SCD の転写量を測ある DAG から脂肪酸を遊離させその成分を分析した。

定した。その結果、糖質でのみ SCD の転写量の回復が

図1

AKH 受容体のノックダウンによる、コオロギの脂質および脂肪酸組成の変動（A）AKHR のノックダウンにより体液中の脂質レベルが下がった。（B）AKHR のノックダウンにより体内の脂肪酸組成の変動が認められた。（C）化学合成した AKH をコオロギの投与した際のステアリン酸組成が変化した。
2昆虫を用いた栄養分依存的な選好性摂食行動の内分泌制御の解明

図2

フタホシコオロギの CSD の転写変動解析（A）CSD のノックダウン個体の生存率。（B）絶食による CSD の転写量の変動。（C）CSD の栄養分による転写量変動解析。

認められた（図 2C）。また、この SCD の発現量はグルコースを摂取するだけでも回復することが明らかとなった。
3.

脂肪酸の選好性摂食
上述の通り、脂肪酸が体内の代謝および行動に重要であることが明らかとなった。このことから、飽和および不飽和脂肪酸の選好性を検討した。その結果、不飽和脂肪酸の選好性が非常に高いことがわかった。このこと
は AKHR をノックダウンした個体でも認められ、その図3割合が変化した（図 3）。
考

フタホシコオロギの脂肪酸選好性解析

AKHR 個体とコントロール個体の脂肪酸組成の異なる人工飼料の選好性解析。飼料の脂肪酸には飽和脂肪酸（SFA）と不飽和脂肪酸（USFA）をそれぞれ用いた。

察
無脊椎動物であるキイロショウジョウバエ
はモデル昆虫として、様々な生命現象を明め実際の生合成や摂取量、分解量など全代謝で関連するらかにしてきたサイエンスツールである。これまでの研分子群の動態を明らかにすることが重要であることは間究により、昆虫種でも生命原理を支える分子基盤が哺乳違いない。つまり、ホルモン動態により、血液中の液性類と類似し、哺乳類のモデルとして幅広い分野で利用さ因子すなわち代謝物の濃度（レベル）を介して代謝経路れている。ところが、栄養分の選好性など行動を考慮しが変動すると予想できる。

た実験のデザインに関しては、現在主に用いられているまた、体内の脂質成分、特に体液中の脂質成分によ実験昆虫種では難しい。本実験では、コオロギを用いた

り栄養分の選好性が変動することは非常に興味深い。た場合でも、他の生物種と同様に扱えることがわかった。

だし、SCD の転写量を見る限り、脂質を要求する際に特に、選好性の行動実験では、Video-monitoring によは脂質でなく糖質により転写量を回復させるデータかり、これまでにマウスなどを用いて数日かかっていた観ら、代謝の大規模の変遷がコオロギの中で生じているこ察実験でも、コオロギを用いれば数時間で同様の実験結とが予想できた。この脂肪酸合成酵素が糖質により補償果が可能であることがわかった。また、AKH の効果でされる仕組みは、哺乳類の飢餓状態を補償する仕組みと脂肪酸の組成が変化するという結果が得られたが、この同様であり、昆虫の場合は代謝構造が簡単に飢餓にさら結果は他の昆虫種で得られているものと非常に似ていされるようになっていることも予想される。

る。脂肪酸組成に関しては合成と分解の Flux であるた
3

永要

田晋治

謝約

辞

本研究では、フタホシコオロギを用いて摂食行動と本研究課題に対して助成を賜りました公益財団法人

内分泌系との関連性を明らかにするために、哺乳類のグ三島海雲記念財団ならびに選考の労をとっていただいたルカゴンに相当するホルモン AKH に着目した。AKH諸先生方に心より感謝申し上げます。の投与および受容体のノックダウンにより体内の脂肪酸文組成が変動した。その生合成に関連する SCD はノックダウンで致死、また栄養状態で発現が変動するが特に餌献

1） S. Nagata, et al.:
2011.
2） T. Konuma, et al.:
3） Y. Tsukamoto, et al.:
2014.
4） M. W. Lorenz:
206, 2003.

中の糖質によって変動することが明らかとなった。

4, 172, 90–95,, 153, 3111–3122, 2012.
, 5, e95,, 136, 197–