MECHANISMS UNDERLYING THE DEEP BRAIN PHOTORECEPTION AND SEASONAL TIME MEASUREMENT IN VERTEBRATES

脊椎动物深脑感光和季节时间测量的机制

• 批准号: 19678002
• 负责人: YOSHIMURA Takashi
• 金额: $ 73.72万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (S)
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-19678002/
• 关键词: 光周性; 脳深部光受容器; ウズラ; 生理; 行動; 概日時計; 時計遺伝子; 甲状腺刺激ホルモン; 下垂体隆起葉; メラトニン; マウス; 視床下部内側基底部; 2型脱ヨウ素酵素(DIO2); 甲状腺ホルモン

動物は四季の環境の変化により良く適応するために、日長の変化を読み取り、様々な生理機能を調節している。このメカニズムの解明は生物学に残された大きな謎の一つであるとともに、家畜、家禽、魚類等の生産性の向上にも直結していることから、応用研究としても大きな波及効果をもたらすことが期待されている。ウズラとマウスを使ったこれまでの研究において、日長の情報が下垂体隆起葉において合成される甲状腺刺激ホルモン(TSH)を介して視床下部に伝達されることを明らかにしている。本年度はウズラが脳内で光を受容してから下垂体隆起葉においてTSHが誘導されるメカニズムの解明を目指した。哺乳類以外の脊椎動物は脳内に存在する脳深部光受容器によって日長の変化を感知することが古くから知られていたが、脳深部光受容器の実体は謎に包まれていた。そこで、本研究では視物質(ロドプシン類)の網羅的な発現解析を行った結果、ウズラの脳深部に発現する新規な視物質「オプシン5」を同定することに成功した。オプシン5の局在を詳細に検討した結果、発生過程の視細胞と類似した形態を持つ髄液接触ニューロンに発現し、「春ホルモン」TSHを産生する下垂体隆起葉に投射していることが明らかになった。さらにアフリカツメガエル卵母細胞を用いてオプシン5の機能解析を行った結果、オプシン5は紫色光に最も高い感受性を示し、紫外線から青色光までの短波長光に反応し、精巣の発達を促す脳深部光受容器であることが明らかになった。

动物读取白天长度的变化并调整各种生理功能，以便更好地适应环境的季节变化。阐明这一机制是生物学界的一大谜团，也与提高牲畜、家禽、鱼类等的生产力直接相关，因此预计它将产生巨大的连锁反应。先前使用鹌鹑和小鼠进行的研究表明，光周期信息通过垂体隆起合成的促甲状腺激素（TSH）传递到下丘脑。今年，我们的目标是阐明鹌鹑大脑接收到光后，脑下垂体叶中诱导 TSH 的机制。人们早就知道，除哺乳动物之外的脊椎动物通过位于大脑中的深部脑光感受器来感知白天长度的变化，但深部脑部光感受器的真正本质仍然是个谜。因此，在本研究中，我们对视觉物质（视紫红质）进行了全面的表达分析，成功鉴定出了在鹌鹑大脑深处表达的一种新型视觉物质“视蛋白5”。对视蛋白 5 定位的详细研究表明，它在脑脊液接触神经元中表达，脑脊液接触神经元在发育过程中具有与感光细胞相似的形态，并且它投射到垂体隆起叶，产生“春季激素”TSH。事情变得很清楚了。使用非洲爪蟾卵母细胞对视蛋白 5 进行进一步的功能分析表明，视蛋白 5 对紫光最敏感，对从紫外线到蓝光的短波长光有反应，并促进大脑中睾丸的发育。

项目成果

Genetic and molecular mechanisms controlling the avian photoperiodic response Photoperiodism : The Biological Calendar(Nelson RJ, Denlinger DL, Somers DE eds.)

控制鸟类光周期反应的遗传和分子机制光周期论：生物日历（Nelson RJ，Denlinger DL，Somers DE eds.）

• 发表时间: 2009
• 作者: Yoshimura T;Sharp PJ.
• 通讯作者: Sharp PJ.

めぐる(中村桂子編)

巡（中村惠子编辑）

• 发表时间: 2010
• 作者: Aiko Fukazawa;Yasunori Ichihashi;Youhei Kosaka;Shigehiro Yamaguchi;吉村崇
• 通讯作者: 吉村崇

Thyrotrophin in the pars tuberalis triggers photoperiodic response

• DOI: 10.1038/nature06738
• 发表时间: 2008-03-20
• 期刊: NATURE
• 影响因子: 64.8
• 作者: Nakao, Nobuhiro;Ono, Hiroko;Yoshimura, Takashi
• 通讯作者: Yoshimura, Takashi

Zona pellucida protein ZP2 is expressed in the oocyte of Japanese quail (Coturnix japonica)

• DOI: 10.1530/rep-09-0222
• 发表时间: 2010-02-01
• 期刊: REPRODUCTION
• 影响因子: 3.8
• 作者: Kinoshita, Mihoko;Rodler, Daniela;Sasanami, Tomohiro
• 通讯作者: Sasanami, Tomohiro

比較生物学から明らかになった動物が春を感じる仕組み

比较生物学揭示动物如何感知春天

• 发表时间: 2010
• 作者: Yoshida;S.;Maruyama;S.;Nozaki;H.;Shirasu;K.;西村栄美;吉村崇
• 通讯作者: 吉村崇