ホルモン-ニューロペプチド経路による未成熟ショウジョウバエ雌の性受容行動の抑制に関する研究

学術的背景

性成熟は、幼年期から成年期への移行における重要な発達イベントであり、生理的および行動的な変化を伴います。ショウジョウバエ（Drosophila）では、雌が無性状態から性成熟に移行する過程はまだ完全には解明されていません。特に、このプロセスにおけるホルモンや神経調節因子の役割についての理解が不足しています。昆虫の発生において重要な役割を果たすことが知られているエクジステロイド（ecdysone）や幼若ホルモン（juvenile hormone, JH）が、性成熟期間中の性行動をどのように制御しているかについては不明な点が多いです。さらに、ニューロペプチド（neuropeptide）が性行動の調節においても注目されています。本研究は、ホルモンとニューロペプチドがどのようにショウジョウバエ雌の性成熟期間中の性受容行動を調整するか、特にエクジステロイド-ニューロペプチドレウコキニン（leucokinin, LK）-レウコキニン受容体（LKR）経路の役割を明らかにすることを目指します。

論文の出典

本論文は、Jie Chen、Peiwen Zhu、Sihui Jin、Zhaokun Zhang、Simei Jiang、Sheng Li、Suning Liu、Qionglin Peng、Yufeng Panによって共同執筆され、著者らは東南大学生命科学技術学院、華南師範大学昆虫発生生物学応用技術研究所などの機関に所属しています。2025年2月21日に『PNAS』（Proceedings of the National Academy of Sciences）に「A hormone-to-neuropeptide pathway inhibits sexual receptivity in immature Drosophila females」というタイトルで発表されました。

研究の流れと結果

1. 研究の流れ

1.1 ショウジョウバエ雌の性移行時期の特定

まず、野生型ショウジョウバエ雌（Canton-Sおよびw1118系統）の孵化後6時間から7日間の性受容行動を観察し、無性状態から性成熟に移行する時期を特定しました。その結果、雌は孵化後18時間以内はほとんど雄の求愛を受け入れず、その後徐々に性受容率が増加し、3日目にピークに達することがわかりました。

1.2 性移行期間におけるLKニューロペプチドの役割

16種類の神経伝達関連遺伝子変異体をスクリーニングしたところ、レウコキニン（LK）変異体の雌は36時間時点での性受容率が野生型よりも有意に高いことが判明しました。さらに、CRISPR/Cas9技術を使用してLK遺伝子欠失変異体（δlk1およびδlk2）を作成し、LKが未成熟雌の性受容行動を特異的に抑制することを確認しました。

1.3 LKニューロンの機能研究

LK-Gal4駆動を利用してLKニューロンをマーキングし、温度感受性イオンチャネルdTRPA1を使用してLKニューロンを活性化したところ、LKニューロンの活性化が36時間および7日目の雌の性受容行動を有意に抑制することがわかりました。さらに、脳特異的Flippase組換え酵素（otd-flp）を使用してLK-Gal4発現を制限した結果、食道下部領域（SEZ）および腹部（ABLK）のLKニューロンが性受容行動の抑制において重要な役割を果たしていることが明らかになりました。

1.4 エクジステロイドによるLKニューロンの制御

RNA干渉（RNAi）によりLKニューロン内のエクジステロイド受容体（EcR）遺伝子をノックダウンしたところ、EcR-AおよびEcR-B1のノックダウンが36時間時点での雌の性受容率を有意に向上させることがわかりました。さらに、外因性20-ヒドロキシエクジソン（20E）がLKニューロンのカルシウムシグナルを有意に増加させることから、エクジステロイドがLKニューロンの活性を高めることで性受容行動を抑制することが示されました。

1.5 PC1ニューロンにおけるLKの作用

LKR-Gal4を利用してLKR発現ニューロンをマーキングし、LKR発現をノックダウンした結果、LKRノックダウンが36時間時点での雌の性受容率を有意に上昇させることが判明しました。さらに、PC1-SS1駆動でLKR発現をノックダウンすることで、LKがPC1ニューロン内でLKRを介して性受容行動を抑制することを確認しました。

2. 主な結果

• 性移行時期：孵化後18時間以内はほとんど雄の求愛を受け入れず、その後徐々に性受容率が増加し、3日目にピークに達します。
• LKの役割：LK変異体の雌は36時間時点での性受容率が野生型よりも有意に高く、LKが性移行期間中に特異的に性受容行動を抑制していることを示しています。
• LKニューロンの機能：LKニューロンの活性化は36時間および7日目の雌の性受容行動を有意に抑制し、この抑制はLKペプチドの放出に依存しています。
• エクジステロイドの制御：エクジステロイドはEcR受容体を介してLKニューロンの活性を高め、性受容行動を抑制します。
• LK-LKR-PC1経路：LKはその受容体であるLKRを介してPC1ニューロン内で作用し、性受容行動を抑制します。

3. 結論

本研究は、エクジステロイド-LK-LKRというホルモン-ニューロペプチド経路がショウジョウバエ雌の性成熟期間中に特異的に性受容行動を抑制することを明らかにしました。この発見は、ホルモンとニューロペプチドが性行動の調節において協力して働く仕組みを明らかにするだけでなく、性成熟の神経メカニズムの理解にも新たな視点を提供します。

4. 研究のハイライト

• 重要な発見：エクジステロイド-LK-LKR経路がショウジョウバエ雌の性成熟期間中に抑制的に作用することを初めて明らかにしました。
• 方法の革新：CRISPR/Cas9技術を用いてLKおよびLKR遺伝子欠失変異体を作成し、光遺伝学およびカルシウムイメージング技術を組み合わせてニューロンの活性制御を研究しました。
• 科学的価値：性成熟の神経メカニズム研究に新しい理論フレームワークを提供し、昆虫の性行動制御に潜在的な応用価値を提示しました。

5. その他の価値ある情報

本研究では、LKニューロンが性受容行動の調節に関与するだけでなく、摂食や睡眠などの他の行動にも多機能的に作用する可能性があることも明らかにしました。この発見は、LKの多機能性のさらなる研究に方向性を提供します。

まとめ

本研究は、体系的な実験設計と先進的な技術手段を通じて、エクジステロイド-LK-LKR経路がショウジョウバエ雌の性成熟期間中に抑制的に作用することを明らかにしました。この発見は、性成熟の神経メカニズムに関する理解を深めるだけでなく、昆虫の性行動制御に関する新たな研究の方向性を提供します。