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== | ==ファミリーと構造== | ||
[[image:性腺刺激ホルモン1.png|thumb|350px|'''図1.視床下部GnRHニューロンと脳下垂体ゴナドトロフ''']] | [[image:性腺刺激ホルモン1.png|thumb|350px|'''図1.視床下部GnRHニューロンと脳下垂体ゴナドトロフ''']] | ||
性腺刺激ホルモンは、一般に[[黄体形成ホルモン]]（luteinizing hormone: LH）と[[濾胞刺激ホルモン]]（または[[卵胞刺激ホルモン]]、[[follicle stimulating hormone]]: [[FSH]]）の2種類よりなることが知られている。両者共に、αサブユニットとβサブユニットの2つのサブユニットが[[wj:非共有結合|非共有結合]]によりヘテロ2量体を形成することにより作られており、糖を20％前後含む[[wj:糖タンパク質|糖タンパク質]]である。 | |||
2種の性腺刺激ホルモンの他にも、[[甲状腺刺激ホルモン]]（thyroid stimulating hormone: TSH）がある。興味あることに、これら3種類の糖タンパク質ホルモンのαサブユニットは、実は共通したタンパク質であり、それぞれのホルモンの特性（受容体との結合特性や生理活性）は、2量体を形成するβサブユニットにより決定されている。このことは、[[wj:ヤツメウナギ|ヤツメウナギ]]などの[[wj:円口類|円口類]]以外のいわゆる[[wj:顎口類|顎口類]]においては、報告されているすべての[[動物]]が保有しており、[[脊椎動物]]の生殖を制御するホルモンに共通する基本的な仕組みのひとつである。 | |||
== | ==発現== | ||
性腺刺激ホルモンは脳下垂体に発現する。歴史的には、性腺刺激ホルモン産生細胞（ゴナドトロフ）は、色素による脳下垂体細胞の分類からは、塩基性色素に好染する[[wj:好塩基性細胞|好塩基性細胞]]として分類されていた。 | |||
==中枢神経系による性腺刺激ホルモンの調節== | 興味深いことに、[[ほ乳類]]などではLHとFSHを産生する細胞が同一であるが、[[wj:真骨魚類|真骨魚類]]などではLH産生細胞とFSH産生細胞が別の細胞になっていて、脳下垂体中の分布も明瞭に異なっている。また、真骨魚類では、性腺刺激ホルモン産生細胞以外の脳下垂体ホルモン産生細胞も比較的整然と分布域がコンパートメント化されている。さらに、[[性腺刺激ホルモン放出ホルモン]] ([[GnRH]])[[ニューロン]]（後述）が脳下垂体に直接[[軸索]]投射していて、脳下垂体と脳の機能的関係を保ったまま全脳 ''in vitro''標本を用いた解析も可能なため、脳下垂体細胞の脳による制御の研究を行うには大変適している（図1）。 | ||
==機能== | |||
=== 受容体 === | |||
===生殖腺に対する作用=== | |||
上述したように、FSHとLHは、それぞれ、主に[[ヒト]]における作用という観点から「濾胞刺激ホルモン」「黄体形成ホルモン」と呼ばれているが、FSHは[[精巣]]では精子形成に、[[卵巣]]では主に[[wj:ろ胞|ろ胞]]の発達に対して作用があり、LHは主に精巣では[[wj:間質ライディヒ細胞|間質ライディヒ細胞]]の[[アンドロゲン]][[分泌]]を刺激し、卵巣では[[wj:排卵|排卵]]を促すはたらきをもつと考えられてきた。 | |||
さらに、ほ乳類においては、LHの血中レベルが数10分ないし数時間の周期でパルス状に変動する、いわゆるパルス状分泌という現象が知られており、このパルス頻度が性腺の活動を制御していると考えられている。一方で、雌の排卵前の特定の時期には一過性のLHの大量放出（サージ状放出とよばれる）が起き、これが排卵の引き金になることが多くの動物種で知られている。このように、LHはほ乳類においては、パルスとサージという異なる分泌パターンを介して、性腺の活動と排卵の両者を調節しているらしい。最近の、[[マウス]]を用いたLHやFSHの遺伝子ノックアウト動物の解析から、LHやFSHの機能に関しては、さらに理解が進んできている<ref name=ref1><pubmed>15569941</pubmed></ref> <ref name=ref2><pubmed>9020850</pubmed></ref>。 | |||
しかしながら、ほ乳類以外の脊椎動物においては、こうした解析がこれまでほとんど行われてこず、LHやFSHの生理作用や調節機構がほ乳類と共通しているかどうかについては不明であった。ごく最近になって、[[TALEN]]や[[CRISPR]]などの、いわゆる[[ゲノム編集]]技術の目覚ましい発展により、[[ゼブラフィッシュ]]<ref name=ref3><pubmed> 25993524</pubmed></ref>やメダカ<ref name=ref4>'''Takahashi, A., Kanda, S., Abe, T., and Oka, Y.'''<br>Evolution of the hypothalamic-pituitary-gonadal axis regulation in vertebrates revealed by knockout medaka (submitted). <br>2016</ref>などの小型動物を使って[[遺伝子ノックアウト動物]]の作成が比較的容易にできるようになり、ほ乳類以外の脊椎動物におけるLHやFSHの機能も詳細に解析できるようになりつつある。それらの結果からは、おおまかにいって、雌ではFSHは卵胞発育過程を促し、LHは排卵の引き金を引く、という機能の分業が行われているらしく、真骨魚類とは進化の過程が大きく異なるほ乳類では、LHのパルス状分泌という現象が見られるようになったために、後期卵胞発育の過程が、LHによって、環境要因による微妙な調節を受けられるようになったのではないかと考えられる<ref name=ref2 />。 | |||
===中枢神経系による性腺刺激ホルモンの調節=== | |||
[[image:性腺刺激ホルモン2.png|thumb|350px|'''図2.GFP標識されたGnRHニューロンの蛍光顕微鏡像'''<br><ref name=ref12><pubmed>16293668</pubmed></ref>を改変]] | [[image:性腺刺激ホルモン2.png|thumb|350px|'''図2.GFP標識されたGnRHニューロンの蛍光顕微鏡像'''<br><ref name=ref12><pubmed>16293668</pubmed></ref>を改変]] | ||
生殖をはじめとする体の自律的な機能が脳下垂体から分泌されるホルモンによって調節され、その脳下垂体ホルモンが、脳の[[視床下部]] | 生殖をはじめとする体の自律的な機能が脳下垂体から分泌されるホルモンによって調節され、その脳下垂体ホルモンが、脳の[[視床下部]]に存在する因子によって制御されているという考えは、1970年代までに既に生まれていたようである。そのような背景の中、1977年に、[[wj:アルフレッド・ギルマン|ギルマン]]らの研究グループと[[wj:アンドルー・ウィクター・シャリー|シャリー]]らの研究グループが熾烈な戦いの後に、両者ほぼ同時期に、視床下部に存在する、そのような機能をもつ因子を発見し、ノーベル医学生理学賞を受賞した。（<u>編集部コメント：ギルマンのノーベル賞はGタンパク質共役受容体に対するものだったと思います。この表現で良いかご検討ください</u>） | ||
このような因子のうち生殖の中枢制御を担うものは10個のアミノ酸からなるペプチドホルモンであり、性腺刺激ホルモン放出ホルモンとよばれた（特に、LH放出を促進する機能に注目して、当時はLHRHとよばれた；RHはreleasing hormone=放出ホルモンの略）。その後、LHRHはFSHの放出も促進するのではないかという実験的な証拠から、GnRH（gonadotropin-releasing hormone）とよばれるようになった。GnRHは視床下部GnRHニューロンで産生され、脳底の正中隆起とよばれる部位の脳下垂体門脈血中に放出され、脳下垂体前葉に運ばれて性腺刺激ホルモン放出を促進する、いわゆる向下垂体ホルモン（hypophysiotropic hormone）のひとつとしてほ乳類で最初に発見された（図１左図参照）。なお、このホルモンの発見の後に、1990年代から[[免疫組織化学]]およびin situ hybridization （ISH）を用いた形態学的な研究がなされ、脊椎動物脳内では、形態的・機能的に異なる3つのGnRH神経系が存在しているという基本的コンセンサスが得られている（「[[性行動の神経回路]]」参照）<ref name=ref5>'''岡良隆'''<br>環境に適応した行動を発言させる脊椎動物神経系・内分泌系のしくみ<br>in 行動とコミュニケーション, 岡・蟻川, Editors. <br>''シリーズ21世紀の動物科学'': 東京. p. 197-226. 1998</ref> <ref name=ref6><pubmed>7636018</pubmed></ref> <ref name=ref7>'''T. Karigo, and Y. Oka'''<br>Frontiers in Endocrinology “Biology of Gonadotropin-Releasing Hormone Neurons”<br>4, 177. 2013 (Article 177, 1-10)</ref>。 | |||
向下垂体ホルモンとしてのGnRHペプチドを産生する視床下部GnRHニューロンは、[[ラット]]・マウスをはじめとするほ乳類の実験動物では、細胞体が10ミクロン前後しかない上に、数少ないニューロンが散在的に視索前野に分布しているため、ごく最近まで、その神経生理学的な記録や解析はほとんどされていなかった<ref name=ref7 />。ところが、1999年以降立て続けにGnRHニューロンが[[GFP]]標識された[[トランスジェニックマウス]]やラットが作成され、脳スライスを用いて単一GnRHニューロンの神経生理学的な解析が可能になった<ref name=ref8><pubmed>10066257</pubmed></ref> <ref name=ref9><pubmed>10614664 </pubmed></ref> <ref name=ref10><pubmed>12960038</pubmed></ref> <ref name=ref11><pubmed> 14617578</pubmed></ref>。しかしながら、トランスジェニックマウスやラットの脳を用いてGnRHニューロンの電気生理学的解析も、脳を薄く切った脳スライスを用いた実験しかできないため、実際に脳内で単一のGnRHニューロンの電気活動が排卵周期に一致して変動するのかどうかについては不明である。これに対して、小型で透明性の高い脳をもち、長日条件を[[模倣]]した光周期条件で飼育すると毎日規則的に産卵をするメダカを用いた研究が最近可能になった<ref name=ref12><pubmed>16293668</pubmed></ref> <ref name=ref13><pubmed>22544888</pubmed></ref>。メダカなどの非ほ乳類ではGnRHニューロンの細胞体は視索前野（POA）とよばれる脳部位に存在し、真骨魚類では直接下垂体前葉に投射軸索投射する（図1右図）。したがって、GnRHニューロンをGFP標識すると、メダカでは細胞体から樹状突起、軸索、そして脳下垂体内の[[軸索終末]]までの全てを、生きたまま取りだした丸ごとの脳（全脳''in vitro''標本）を蛍光顕微鏡観察することで見ることができる（図2）。この脳標本では、GnRHニューロンに対して[[シナプス]]入力する神経回路も生きたままの状態で保って、電気生理学的解析を行うことが可能である。こうした特長を活かして、Karigoらは、1日1回の排卵周期に対応するようなGnRHニューロンの自発的な活動電位発火の頻度の周期的変動を見出した<ref name=ref13 />。ほ乳類などではこのような実験は物理的に行い難いのだが、おそらく、個々のGnRHニューロンの活動は、動物の排卵周期に応じたような周期的な変動を示していると想像される。GnRHニューロンの周期的な活動の変動がどのような脳内機構により生じるのかについては現在まだ不明だが、メダカの全脳''in vitro''標本を用いて各種の遺伝学的ツールと生理学的解析結果を、マウス・ラットなどにおける解析結果と合わせて考慮することにより、今後、性腺刺激ホルモン分泌の中枢制御に関する、脊椎動物を通じて共通したしくみの理解が深まるものと期待される。 | 向下垂体ホルモンとしてのGnRHペプチドを産生する視床下部GnRHニューロンは、[[ラット]]・マウスをはじめとするほ乳類の実験動物では、細胞体が10ミクロン前後しかない上に、数少ないニューロンが散在的に視索前野に分布しているため、ごく最近まで、その神経生理学的な記録や解析はほとんどされていなかった<ref name=ref7 />。ところが、1999年以降立て続けにGnRHニューロンが[[GFP]]標識された[[トランスジェニックマウス]]やラットが作成され、脳スライスを用いて単一GnRHニューロンの神経生理学的な解析が可能になった<ref name=ref8><pubmed>10066257</pubmed></ref> <ref name=ref9><pubmed>10614664 </pubmed></ref> <ref name=ref10><pubmed>12960038</pubmed></ref> <ref name=ref11><pubmed> 14617578</pubmed></ref>。しかしながら、トランスジェニックマウスやラットの脳を用いてGnRHニューロンの電気生理学的解析も、脳を薄く切った脳スライスを用いた実験しかできないため、実際に脳内で単一のGnRHニューロンの電気活動が排卵周期に一致して変動するのかどうかについては不明である。これに対して、小型で透明性の高い脳をもち、長日条件を[[模倣]]した光周期条件で飼育すると毎日規則的に産卵をするメダカを用いた研究が最近可能になった<ref name=ref12><pubmed>16293668</pubmed></ref> <ref name=ref13><pubmed>22544888</pubmed></ref>。メダカなどの非ほ乳類ではGnRHニューロンの細胞体は視索前野（POA）とよばれる脳部位に存在し、真骨魚類では直接下垂体前葉に投射軸索投射する（図1右図）。したがって、GnRHニューロンをGFP標識すると、メダカでは細胞体から樹状突起、軸索、そして脳下垂体内の[[軸索終末]]までの全てを、生きたまま取りだした丸ごとの脳（全脳''in vitro''標本）を蛍光顕微鏡観察することで見ることができる（図2）。この脳標本では、GnRHニューロンに対して[[シナプス]]入力する神経回路も生きたままの状態で保って、電気生理学的解析を行うことが可能である。こうした特長を活かして、Karigoらは、1日1回の排卵周期に対応するようなGnRHニューロンの自発的な活動電位発火の頻度の周期的変動を見出した<ref name=ref13 />。ほ乳類などではこのような実験は物理的に行い難いのだが、おそらく、個々のGnRHニューロンの活動は、動物の排卵周期に応じたような周期的な変動を示していると想像される。GnRHニューロンの周期的な活動の変動がどのような脳内機構により生じるのかについては現在まだ不明だが、メダカの全脳''in vitro''標本を用いて各種の遺伝学的ツールと生理学的解析結果を、マウス・ラットなどにおける解析結果と合わせて考慮することにより、今後、性腺刺激ホルモン分泌の中枢制御に関する、脊椎動物を通じて共通したしくみの理解が深まるものと期待される。 | ||