l s s u e  N u m b e r  1 0  J u l y  2 0 1 4国内外のバイオリソースを巡る様々な問題や取り組みについて、毎月ホットな話題をこのニュースレターで紹介していきます。奥山輝大（マサチューセッツ工科大学・基礎生物学研究所）メダカを駆使して恋ごころの正体に追れ！ P1 - 2 NewsLetterに掲載されているあらゆる内容の無断稿・複製を禁じます。すべての内容は日本の著作権法、及び国際条約により保護されています。 NBRPアサガオデータベースP2スレターのダウンロー URL: www.shigen.nig.ac.jp/shigen/news,研究とバイオリソース〈NO.17〉
メダカを駆使して
恋ごころの正体に迫れ！
代全てのはじまりの話
僕が大学院へと入学した時、ラボはさながら“動物園”だった。研究をしている大学院生が実はゴリラやサルだったという眉唾話ではなく、ラボ内で使用されていたモデル動物が、ミツバチを筆頭に７種類。研究プロジェクトも、行動遺伝学から細胞内共生や四肢再生まで見事にてんでんバラバラ。その上更にメダカの実験系を新たに立ち上げ、行動神経科学を始めようとしていた時期であった。動物も研究プロジェクトの選択も自由なこんなラボの中で、ある日「行動・神経・遺伝子を繋げられそうで、絶対に君が飽きない面白い行動を一つ見つけてプロジェクトを考えてみようか！」と告げられる。あれこれ悩んだその数ヶ月後、Google検索で18億件ものヒットを示すある感情の分子神経基盤に挑戦してみることにした。 Molecular biology of the “LOVE”の始まりである。
良動物界での恋ごころ
恋ごころを考えるために動物界に目を移すと、ヒトと同様、形態学的特徴や配偶戦略が配偶相手を選ぶときの判断基準になる例を多く目にする事ができる。例えばグッピーでは、尻びれの赤斑点の多い個体がイケメン雄でありメスに受け入れられやすく、美しい巣を作るアズマヤドリでは、巣にきらびやかな装飾を施すことができたオスがモテる。このなんとも擬人的で摩訶不思議な現象は、ダーウィンによって配偶者選択行動と名付けられ、多くの行動生態学者を魅了してきたが、神経基盤は未知な部分が多かった。更に僕にとって非常にミステリアスだったのは、グッピーの尻びれにせよ、アズマヤドリの巣の装飾にせよ、その価値基準は種ごとにバラバラにも関わらず、オス個体それぞれの価値を見極めて、その判断に依存して誰を受け入れるのかを決定するという特徴は、どの動物にも共通している点だった。きっと何かしらの進化的に共通した「恋ごころ中枢」があるに違いないと考え、遺伝学的手法が発達しているメダカを用いて、その問いにとりかかった。
良メダカの恋のルール
日本人に馴染み深いメダカは、メダカの学校という言葉で知られるように、集団で生活し社会を形成している。メダカを飼育していると、オスとメスがしばしば水槽のすみで共に泳いでいる姿をよく見かける。どうやら相手のことを見ていることが大切なようで、配偶行動前にオスとメスとをガラス水槽で仕切っておく（図１）と経験的に卵を効率良く採る事ができるそうだ。そこでまず手始めに、透明なガラス水槽で隔離し、オスとメスをお見合いさせておいたグループと、白い壁で仕切ってお見合いをしなかったグループとを比較して、行動の変化を調べたところ、お見合いグループでは、メスがオスを受け入れるまでの奥山輝大マサチューセッツ工科大学・基礎生物学研究所日本学術振興会特別研究員SPD時間が短くなることを見出した。 2匹のオスと1匹のメスを用いたときにも同様で、メスは複数匹オスがいたとしても見知ったオスを選り好む事が分かった。この新規な行動アッセイ系を駆使して、配偶者選択行動の分子神経基盤にアプローチすることにした。
保護でも受け入れてしまうメス
有り雛い事にメダカバイオリソース(http://www.shigen.nig.ac.jp/medaka/)では、多くのトランスジェニック系統だけではなく変異体ライブラリをも整備されていたため、この「見知ったオスを早く受け入れる」という行動に異常を示す変異体の検索を容易に開始することができた。その結果、cxcr7あるいはcxcr4という遺伝子が変異したメスメダカは見知らぬオスに対しても受け入れ時間が早くなることを見出した。両遺伝子の発現解析の情報などから、この行動異常の原因となる候補神経細胞として、生殖に関与している可能性が高かった終神経 GnRH3 ニューロンに自羽の矢を立てた。これまで、視察前野GnRH1ニューロン(図2 )は黄体形成ホルモンや卵胞刺激ホルモンの放出制御を介して性周期等をコントロールする主要なニューロンとして精力的に研究の対象となっていたが、一方で、 gnrh 遺伝子を発現する終神経GnRH3ニューロン(図2 )の機能については未知な部分が多く、とりわけ配偶行動との関連性は興味深いクエスチョンであった。そこでまず、赤外レーザーを用いて終神経 GnRH3 ニューロンの細胞クラスターのみを破壊したメス個体を└次ページへ続く作成し、その行動を調べたところ、 cxcr7変異体やcxcr4変異体と同様の表現型を示すことが明らかになり、配偶者選択行動を司る神経基盤の尻尾を掴むことができた。尚、この赤外レーザーを用いた顕微鏡システムは基礎生物学の個別共同利用研究によって使用が可能である。
健恋のドキドキの真相に迫る
このニューロンに、本当に配偶相手を見たという情報が入力されているのだろうか？そこで電気生理学的な解析を行ったところ、配偶相手とお見合いしていることにより、メスの終神経GnRH3ニューロンの規則的な神経興奮の頻度が有意に上昇することが明らかになった。自発発火頻度が低いときには「拒絶モード」だったメスは、配偶相手を見続けることで徐々に自発発火頻度が高くなり「受け入れモード」へとモードスイッチングする(図３)。最後にこのスイッチとして、終神経GnRH3ニューロン自体から分泌されるGnRH3ペプチドに目をつけた。共同研究者らによって、 GnRH3ペプチドは神経興奮の上昇によって自己放出されること、またGnRH3ペプチドの曝露によって終神経GnRH3ニューロン自体の神経興奮が上昇するという正のフィードバックループが示唆されていたからだ。メダカバイオリソースでは、TILLING法というメダカの変異体を作成するためのスクリーニング系が整備されている。そこで、gnrh3変異体を作成して行動アッセイを行ったところ、 gnrh3 変異体メスは良く見知ったオスに対しても「拒絶モード」から「受け入れモード」へとスイッチングせず、自発発火頻度も低いままであった事より、GnRH3ペプチドの自己放出を介したモードスイッチの神経機構が明らかとなった。「恋に落ちる」という言葉があるが、おそらくヒトでも恋ごころのドキドキの正体は何らかのモードスイッチなのだろう。このGnRH3というスイッチが種を越えてヒトまで通ずる恋ごころの本質なのかどうか、更には、どのようにして特定の異性個体の情報をこの恋ごころへと繋げているのか、まだまだ魅力的な問いは絶えない。
16最後に
まさに何も無い状況からスタートした研究であったが、変異体メダカのスクリーニングから、トランスジェニック作成方法の指導に至るまで、その重要な過程のいずれもメダカバイオリソースと基礎生物学研究所の助け無しには進められなかった。この場を借りてこころより御礼申し上げたい。また、僕は現在、アメリカで研究を行っているが、初めて「海外」というものを実感させてくれたのは、基礎生物学研究所のインターナショナルトレーニングコースであった。 1週間ほどの期間であったが各国から集まった大学院生やポスドクのなかで、とてもエキサイティングな経験をすることができた。あれが無ければ、今の自分の研究スタンスは大きく違った物になっていただろう。拙筆を読んで頂いた大学院生の方は是非、積極的にトレーニングコースへと参加し、非日常を体感することの大切さを味わって頂きたい。■