● 特集:鋤 鼻嗅覚神経系 ― あなたの第6感 ● 鋤鼻嗅覚神経系の行動学的解析 森 裕司 ・濱田知宏 生殖行動には,雄 の縄張 りをめぐる闘争行動から,交 尾行動,そ して母性行動にいたる Database Center for Life Science Online Service さまざまな形があるが,鋤 鼻嗅覚神経系により受容伝達されるフェロモンは,こ れらの行 動発現に重要な役割を果たしている。ヒツジやヤギでは,非 繁殖季節の雌が雄の匂いを嗅 ぐと排卵周期が回帰する"雄 効果"が 知られているが,神 経行動学的研究を通じてこの現 象の背景となる中枢機構が明らかにされつつある。フェロモンは視床下部にある性腺刺激 ホルモン放出ホルモン(GnRH)の パルス状分泌駆動機構を刺激することで性腺機能を促 進するのである。 【フ ェ ロ モ ン行 動 】 【GnRH】 vKey Words は じめ に も と も と夜 行 性 を基 本 的 な 行 動 パ タ ー ン と 【視 床 下 部 】 【生 物 検 定 法 】 は 害 虫 駆 除 な ど に 実 用 化 され て い る。 一 方,哺 乳類 の して 進 化 し た 哺 乳 類 は,基 本 的 に は 嗅 覚 動 物 と い っ て フ ェ ロ モ ン に関 し て は,感 度 と特 異 性 に優 れ た 生 物 検 も よ い だ ろ う。 わ れ わ れ 高 等 霊 長 類 で は例 外 的 に視 覚 定 系 が 得 られ な か っ た こ と も あ っ て,そ 系 が 著 しい 発 達 を遂 げ,そ れ と引 き換 え に 嗅 覚 が 退 化 と し て謎 に 包 まれ た ま ま で あ る。 本 稿 で は,哺 乳 類 の して し ま っ た ら し い 。 この た め,動 性 フ ェ ロ モ ン と鋤 鼻 嗅 覚 神 経 系 に 関 す る最 近 の 知 見 に 物 た ち が い か に豊 か な匂 い の 世 界 に暮 ら して い るか を,実 像 す る こ とは 容 易 で は な い の だ が,さ 感 を もって想 つ い て , 筆 者 らの 研 究 成 果 を 交 え な が ら,紹 介 す る。 まざまな動物 種 に つ い て の行 動 学 的 研 究 か ら,個 体 の維 持 と種 の 存 続 に とっ て,嗅 の 実 体 は依 然 I.哺 乳 類の フ ェロ モ ン行 動 覚 に よ る ケ ミカ ル コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ンが 重 要 な 役 割 を 果 た し て い る こ とが 指 摘 され て い る 。 縄 張 り行 動 や,求 愛 行 動,育 仔 行 動 な ど は種 の 存 続 の た 北 海 道 沖 の小 島 で 再 野 生 馬 の群 れ の 行 動 を 丹 念 に調 べ た研 究 か ら,大 自然 の な か で 暮 らす 動 物 に とっ て の め に必 要 な 行 動 で あ り,ま と めて 生 殖 行 動 とよ ばれ る 。 鋤 鼻 嗅 覚 系 の 役 割 を示 唆 す る興 味 深 い 行 動 が 観 察 さ れ 鋤 鼻 嗅 覚 神 経 系 は,こ の 生 殖 行 動 に不 可 欠 な 情 報 担 体 て い る1)。群 れ の種 雄 は,繁 で あ る フ ェ ロ モ ン分 子 の 受 容 ・伝 達 シ ス テ ム と考 え て 物 を こ まめ に 嗅 い で 検 査 す る よ う に な る 。 顔 見 知 りの よ い だ ろ う。 フ ェ ロ モ ン は 同 種 の 異 個 体 に作 用 し て そ 雄 の もの な らひ と嗅 ぎ し た だ け で す ぐに立 ち 去 るが,馴 の行 動 や 生 理 機 能 に影 響 を与 え る生 理 活 性 物 質 と定 義 染 み の な い 雄 の 場 合 に は相 手 を 識 別 し,そ され る。 昆 虫 な ど無 脊 椎 動 物 で は,過 去30年 し量 る か の よ う に 時 間 を か け て 丹 念 に調 べ,さ くの フ ェ ロモ ン分 子 が 構 造 決 定 され,合 Yuji Mori, Tomohiro 2084 成 フェ ロモ ン Approach to the Vomeronasal Function の 強 さ を推 らにそ の上 に 自 分 の 糞 を 重 ね て マ ー キ ン グ を行 な う。 と こ ろ 東京大学農学部獣 医動物行 動学教室(〒113東 京都文京 区弥生1-1-1) [Laboratory of Tokyo, Yayoi, Bunkyo-ku, Tokyo 113, Japan] Hamada, nary Ethology, The University Neuroethological の問に多 殖 期 に な る と他 の馬 の 排 泄 of Veteri- Database Center for Life Science Online Service 鋤鼻嗅覚神経系の行動学的解析27 図2雄 ヤ ギ の フ レー メ ン(a)と ヤ ギの 頭 部 の 矢 状 断 面 図 (b) 図1各 種 の 動 物 に お け る フ レー メ ン15) 図に示 すよ うに ヤギ や ウマ,ウ シ,ヒ ツ ジ,ネ をもちあ げ上 唇 を め く りあげ る行 動,"フ くに雄 の フ レ ー メ ン行 動 は,雌 (a)フ コな どの動 物 は,頭 レー メン"を 行 な う。 と の陰 部 や尿 の 匂 い を嗅 い だ と きに レー メ ンの 間 に雌 の 尿 や分 泌 物 な どに含 まれ る フ ェ ロモ ン が 鋤 鼻 器 に運 ば れ る 。 鋤 鼻 器 は鋤 鼻 嗅 覚 系 の フ ェ ロモ ン受 容 器 で あ る と考 え られ て い る。(b)フ 腔 か ら切 歯 管(鼻 レー メ ン に よ って 匂 い物 質 は,□ 口蓋 中 の 管)を 通 り,鼻 腔 に 開 口 して い る鋤 鼻 頻繁 に ひ き起 こ され る。 器 の 中 に運 び こ まれ る 。 が,落 と し主 が 雌 の 場 合 に は鼻 を近 づ け て 匂 い を嗅 い 情 し そ う な 雌 の 先 取 権 を 主 張 し,発 情 期 に 入 っ て も ほ だあ と,や お ら頭 を もち あ げ て 上 唇 を め く りあ げ て 歯 か の 雄 に 横 取 り さ れ な い よ う雌 を 確 保 し て お くた め の をむ き出 し,何 適 応 的 行 動 と解 釈 され て い る 。 と も奇 妙 な表 情 を見 せ る こ とが あ る。 こ れ は フレ ー メ ン と よ ば れ る 行 動 で,排 泄 物 だ けで な く ゾ ウ も ま た フ レー メ ン をす る動 物 で あ るが,最 近,雄 発情 した雌 に近 づ い て そ の 尿 や体 か ら発 す る匂 い を 嗅 の フレ ー メ ン行 動 を 指 標 とし た生 物 検 定 法 を用 い て,雌 いだ と きに も よ く見 られ,後 ゾ ウ の 尿 中 に含 ま れ る フ ェ ロ モ ン物 質 が 単 離 ・同 定 さ 述 す る ように フ ェロモ ン の探 索行 動 と考 え られ て い る。 れ た3)。驚 い た こ とに,こ この フ レー メ ン は ウ マ だ け で な く,多 くの 動 物 種 で の フェロモンはガの仲 間が利 用 す る フ ェ ロ モ ン と同 じ分 子 で あ っ た 。 系 統 樹 の う え 観察 され る哺 乳 類 の代 表 的 な フ ェ ロ モ ン関 連 行 動 で あ で は,は る(図1)。 殖 活 動 に 際 し て 同 じ フ ェ ロ モ ン 分 子 を信 号 に 用 い て い ア フ リカ の 草 原 に暮 ら す レ イ ヨ ウ類 の 性 行 動 を詳細 に観 察 し た研 究 で は,雄 は発 情 直 前 の 雌 に対 る か 遠 くに 位 置 す る高 等 哺 乳 類 と昆 虫 が,生 る とい う事 実 は,フ ェ ロ モ ン に よ る情 報 通 信 が 動 物 の して 最 も頻 繁 に フ レ ー メ ン を す る こ とが 明 らか に さ れ 進 化 の 過 程 を 通 じ て 保 存 さ れ て き た きわ め て 重 要 な 現 て い る2)。発 情 し た雌 は い ろい ろな シ グ ナ ル を発 す る た 象 で あ る こ と を示 唆 して い るか の よ う で あ る 。 め,こ れ に惹 か れた 雄 が 集 まって 雌 の争 奪 戦 とな り,結 フ レー メ ン は,前 述 の よ う に フ ェ ロ モ ン分 子 の 受 容 局 は強 い 雄 だ けが 勝 ち 残 る こ と に な る。 発 情 前 期 の 雌 に関 連 す る行 動 で あ り,た に対 して 執 拗 に フ レー メ ン を行 な う の は,フ ェ ロモ ン ン に よ っ て 口腔 と鼻 腔 を つ な ぐ切 歯 管 の 中 を 通 る 空 気 の 生 殖 ス テ ー ジ を的 確 に判 断 して 発 や 液 体 の 流 れ が で き,切 歯 管 の 近 く に 開 口 す る鋤 鼻 器 情報 を頼 りに,雌 と え ば ヤ ギ で は,フ レー メ 2085 28蛋 白質 [→今 月 のKey 核酸 酵 素Vol.41No.14(1996) 中 に フ ェ ロモ ン分 子 た な 生 理 活 性 物 質 を探 索 す る に は,特 ネ ズ ミの 仲 間 で は フ 系 の 開発 が 不 可 欠 で あ る が,こ Words(p.2118)]の が効 率 よ く取 り込 ま れ る(図2)。 レ ー メ ン は み られ な い が,こ れ ら の動 物 で は硬 い鞘 に れ まで プラ イマー フェ ロ モ ン が 生 理 機 能 に与 え る作 用 を,特 異 的か つ高感 度 包 まれ た 鋤 鼻 器 の 内腔 に位 置 す る太 い 血 管 が リ ズ ミ カ に 検 出 し う る生 物 検 定 法 を確 立 す る こ と は技 術 的 に困 ル に 拡 張 と収 縮 を く り返 す こ とで,陰 難 で あ っ た 。 しか し最 近 の 神 経 科 学 分 野 に お け る研 究 圧 を つ く りだ し て フ ェ ロ モ ン分 子 を能 動 的 に取 り込 む,鋤 鼻 ポ ンプ機 手 法 の め ざ ま しい 発 展 に よ り,フ ェロモ ンの中枢作 用 に つ い て も,覚 醒 状 態 の 動 物 を用 い て 行 動 変 化 を観 察 構 の 存 在 が 知 られ て い る 。 哺 乳 類 の フ ェ ロ モ ン は,機 能 的 に2種 類 の カ テ ゴ リ し な が ら,同 時 に視 床 下 部 神 経 活 動 に 与 え る 影 響 を電 ー に分 類 され る。 た だ ち に 行 動 変 化 を ひ き起 こ す リ リ 気 生 理 学 的 手 法 を用 い て リ ア ル タ イ ム 解 析 す る とい っ ー サ ー フ ェ ロ モ ン と,ホ ル モ ン分 泌 な ど受 容 し た個 体 た,新 の生理機 能 に影響 を与 え るプライ マー フ ェロモ ンで あ た。 る。 前 述 の ゾ ウ の フ ェ ロ モ ン(ド デ シ ニ ル ア セ テ ー ト) や,雌 Database Center for Life Science Online Service 異 的 な生 物 検 定 ブ タ に 不 動 反 応 とい うブ タ特 有 の 性 行 動 を ひ き 起 こ す 雄 ブ タ 由 来 の フ ェ ロ モ ン(ア ン ド ロ ス テ ノ ン), 発 情 した 雌 ヤ ギ を誘 引 す る雄 フ ェ ロ モ ン(エ チ ル オ ク タ ン酸)な た な ア プ ロ ー チ を 行 な う こ とが 可 能 に な っ て き 筆 者 ら は現 在,"雄 効 果"と よばれる雄 ヤギ由来 のフ ェ ロ モ ン に よ る雌 ヤ ギ の 性 腺 刺 激 反 応 を 実 験 モ デ ル と し て,プ ライ マ ー フ ェ ロ モ ン(群)の 単離 ・ 同 定 と,そ の 中 枢 作 用 機 構 の解 明 を め ざ した研 究 を進 め てい る4,5)。 ど,こ れ ま で に構 造 決 定 が 報 告 さ れ た 哺 乳 類 の フ ェ ロ モ ン物 質 は,い ず れ も リ リー サ ー フ ェ ロ モ ン で あ る こ とが 判 明 し て い る 。 一 方,後 ー フ ェロモ ンについ て は ,げ II.フ ェロ モ ン作 用 の 実例:雄 効 果 者 の プライ マ っ歯 類 を 中 心 と し て 表1 ヤ ギ は短 日 型 の季 節 繁 殖 動 物 で あ り,ヒ ツ ジ や シ カ に あ げ た よ う な明 瞭 な フ ェ ロ モ ン作 用 が よ く知 られ て と 同様 に,雌 い る もの の,プ が 休 止 状 態 とな る た め性 行 動 は 起 こ ら な い 。 この よ う ラ イ マ ー フ ェ ロ モ ン と し て確 定 的 な証 拠 を も っ て 同 定 され た もの は 残 念 な が ら ま だ1つ もな は春 か ら夏 に か け て の 非 繁 殖 期 に は卵 巣 な 性 的 に 不 活 発 な 時 期 の 雌 を,成 熟 し た雄 に い き な り い の が 現 状 で あ る。 哺 乳 類 の フェ ロモ ン分 子 の実 体,す 会 わ せ る と,そ れ ま で休 ん で い た卵 巣 の 周 期 的 活 動 が な わ ち そ の 化 学 構 造 や 合 成 経 路 に つ い て は,ま 突 如 と して 再 開 し,季 節 外 れ の 排 卵 周 期 が ひ き起 こ さ だ まだ 未 解 明 な部 分 が 多 く残 され て お り,こ れ か ら の 重 要 な れ る(図3a)。 研 究 課 題 で あ る。 昆 虫 フ ェ ロモ ンが 過 去30年 雄 の 匂 い を嗅 が せ る だ け で も 同 様 な 効 果 が 得 られ る こ 間 に 次 々 と単 離 ・同 定 され,合 あ ま りの 成 フ ェ ロ モ ンが 害 虫 の とか ら,フ これ が"雄 効 果"(male effect)で あ る。 ェ ロ モ ン の 刺 激 に よ っ て 起 こ る現 象 で あ る 駆 除 な どに 実 用 化 さ れ て い る こ と を考 え る と,哺 乳 類 こ とが わ か る 。 羊 飼 い の 間 で は経 験 的 に 知 られ て い る の フ ェ ロ モ ン分 子 に 関 す る研 究 は ま だ 緒 に つ い た ば か 現 象 で あ る が,最 り と い う感 が 否 め な い 。 つ つ あ り,哺 乳 類 に お け る ケ ミ カ ル コ ミュ ニ ケ ー シ ョ 哺 乳 類 の フ ェ ロモ ン に関 す る研 究 の 進 展 が 遅 々 と し て 進 ま な か っ た 最 大 の 原 因 は,昆 虫 と は比 較 に な らな い ほ ど高 度 か つ 複 雑 に 発 達 し た 中 枢 神 経 系 に あ る。 新 近 その生 理学 的 背景 が明 らか にされ ン の 中 枢 機 構 を解 明 す る た め の 研 究 モ デ ル と い う観 点 か ら も関 心 が もた れ て い る5)。 こ の雄 効 果 を ひ き起 こ す フ ェ ロ モ ン は,精 巣 か ら分 泌 され る ア ン ドロ ゲ ン(雄 性 ホ ル モ ン)の 作 用 に よ り, 主 と して 頭 や 首 の 部 分 に あ る 皮 脂 腺 で つ く りだ さ れ る 表1匂 いの プ ライ マ ー フ ェロモ ン効果 と考 え られ て い る。 産 生 部 位 の 被 毛 に は フ ェ ロ モ ンが 付 着 して お り,そ の匂 い を雌 に嗅 が せ る と,ま ず 視 床 下 部 に存 在 す る性 腺 刺 激 ホル モ ン放 出 ホ ル モ ン(GnRH) [→今 月 のKey Words(p.2119)]産 分 泌 活 動 が 刺 激 さ れ,こ 生 ニ ュー ロ ン の神 経 れ が下垂体 前 葉 か らの性腺 刺 激 ホ ル モ ン(こ と に黄 体 形 成 ホ ル モ ンLH)の 分 泌 を促 進 し,最 終 的 に卵 巣 の 活 動 が 刺 激 され る結 果,発 2086 情 と 鋤鼻嗅覚神経系の行動学的解析29 図3ヒ Database Center for Life Science Online Service (a)雄 ツ ジ に お け る 雄 効 果 の 例(a)お よ び 雄 効 果 の 生 理 学 的 な 背 景(b) 効 果 は長 日抑 制 に 拮 抗 す る フ ェ ロモ ンの 性 腺 刺 激 作 用 で あ る 。 非 繁 殖 期 に は ほ とん どの雌 が 排 卵 周 期 を休 止 してい る が(●),こ の時期 に雌 の 群 れ の 中 に雄 を導 入 す る と(矢 印),雄 再開 され る(○)。(b)非 繁 殖 期 に は,長 の フ ェ ロモ ン の作 用 に よ っ て 性 腺 機 能 が 刺 激 さ れ 対 照 群 よ りず っ と早 く排 卵 周 期 が 日の情 報 が メ ラ トニ ン分 泌 パ タ ー ン の 変 化 と して 視 床 下 部 に伝 え られ,視 ス状分 泌 頻 度 を抑 制 す る。 こ の よ う な 状 況 で雄 フ ェ ロモ ン に よる 刺 激 を 受 け る と,GnRH分 床 下 部GnRHパ ル 泌 の パ ルス 頻 度 が 上 昇 し,性 腺 活 動 が 賦 活 化 され る。 排卵 が 惹 起 さ れ る の で あ る。 ヤ ギ の よ う な 季 節 繁 殖 動 物 の 性 腺 活 動 は,日 長 の変 化 に大 き く影 響 さ れ る。 非 繁 殖 期 に は,性 腺 機 能 に対 して抑 制 的 な 長 日 条 件 に 関 す る情 報 が,松 果 体 か らの メ ラ トニ ン分 泌 パ タ ー ンの 変 化 を 介 して 視 床 下 部 に伝 えら れ,前 述 のGnRHの 分 泌 活 動 を 抑 制 す る(よ り具 体 的 に はパ ル ス 状 分 泌 の 頻 度 を低 下 さ せ る)こ 卵周 期 が 停 止 す る(図3b)6)。 と で排 この よ うな 状 況 で フ ェ ロ III.神 経 行 動学 的 フ ェ ロモ ン検 定 法 の 開発 前 述 の よ う に,生 殖 フ ェロモ ンの 中枢作 用機 序 を解 き 明 か す た め に は,あ る い は フ ェ ロ モ ン の 単 離 ・同 定 を め ざ し た生 物 検 定 法 を確 立 す る た め に も,GnRHパ ル ス ジ ェ ネ レー タ ー そ の も の に つ い て の 理 解 が 不 可 欠 とな る 。GnRHは ア ミ ノ酸10個 か ら な るペ プ チ ドホ ル モ ンが 作 用 す る と,日 長 に よる抑 制 が 解 除 され てGnRH モ ンで あ り,視 床 下 部 で つ く られ 脳 底 の 正 中 隆 起 部 か 分泌 の パ ル ス頻 度 が 上 昇 し,排 卵 が ひ き起 こ さ れ る の ら下 垂 体 門 脈 血 中 に神 経 分 泌 され て 下 垂 体 前 葉 に 到 達 で あ る7)。GnRHの し,下 垂 体 か らのLHや GnRHパ パ ル ス 状 分 泌 を 司 る神 経 機 構 は ル ス ジ ェ ネ レー タ ー と よ ば れ,後 述 する よう い っ た 性 腺 刺 激 ホ ル モ ン の 分 泌 を 促 進 す る(図4)。 に 日長 や フ ェ ロ モ ン とい っ た さ ま ざ ま な 環 境 要 因,あ GnRHの るい は ホ ル モ ン や 特 定 の 栄 養 素,サ 去 した ヤ ギ で は約30分 イ トカ イ ン と い っ 卵 胞 刺 激 ホ ル モ ン(FSH)と 基 礎 分 泌 パ タ ー ン は間 欠 的 で あ り,卵 巣 を 除 に1回 の 頻 度 で パ ル ス状 の 分 泌 た内 的 因 子 の 変 化 に 関 す る情 報 が 統 合 され る場 所 で あ が く り返 さ れ る。1回 の分 泌 は2∼3分 間 持 続 し,こ れ り,生 殖 機 能 を適 切 に調 節 す る う え で 重 要 な 役 割 を 果 がLHの た し て い る神 経 機 構 で あ る。 筆 者 ら は 哺 乳 類 の フ ェ ロ ル モ ン の 情 報 は濃 度 の 高 低 が 大 切 な 意 味 を も つ ア ナ ロ モ ン分 子 同 定 に関 す る研 究 を 進 め る た め の 第 一 歩 と し グ 的 信 号 で あ る が,GnRHの て,ま ず,感 で 情 報 を伝 達 す る い わ ば デ ジ タ ル 的 信 号 とい え よ う。 度 と特 異 性 に優 れ た 生 物 検 定 系 の確 立 を め ざ す こ とに し た。 そ して,こ の視 床 下 部GnRHパ ル パ ル ス 状 分 泌 を生 み だ す(図5)。 一般 的 に ホ 場 合 はパルス頻度 の増 減 多 くの 外 的 ・内 的 環 境 要 因 は,こ の パ ル ス 頻 度 を変 スジ ェ ネ レ ー タ ー の 活 動 を リ ア ル タ イ ム に 解 析 す る た 化 させ る こ とで 性 腺 機 能 に影 響 す る。 た と え ば,非 めの シス テ ム を開 発 して,"雄 殖 期 や 泌 乳 期 な ど生 理 的 に性 腺 機 能 が 低 下 し た り,病 効 果"を ひ き起 こす雄 ヤ ギ由 来 の フ ェ ロ モ ン の 活 性 評 価 へ の 応 用 を試 み た 。 繁 気 や ス トレ ス の た め に正 常 な 生 殖 活 動 が 抑 制 され る 場 合 に は パ ル ス 頻 度 の 低 下 が 観 察 さ れ,あ る い は逆 に フ ェ ロ モ ン な どの 刺 激 を 受 け て 休 止 状 態 に あ っ た 性 腺 活 動 が 再 開 す る と き に は パ ル ス頻 度 が 上 昇 す る と い っ た 2087 Database Center for Life Science Online Service 30蛋 白質 核酸 酵 素Vol.41No.14(1996) 図4GnRHパ ル ス ジ ェネ レー ター 性 腺 活 動 は,お も に下 垂 体 か ら分 泌 さ れ る性 腺 刺 激 ホ ル モ ンで あ るLHの パ ル ス 状 分 泌 頻 度 の 変 化 に よ っ て調 節 さ れ る が,こ れは さらに視床 下部 で合 成 され下 垂体 門 脈血 中 に神 経分 泌 され る GnRHに 支 配 され て いる。GnRHの GnRHパ ル ス ジ ェネ レー タ ーで あ り,そ の 活 動 を記録 電 極 を 介 して 多 ニ ュ ー ロ ン発 射 活 動(MUAボ パ ルス 状 分 泌 を司 る神 経 機 構 が レー)と して モ ニ タ ー す る こ とが 可 能 で あ る。 図5LHパ ル ス とMUAボ (a)GnRHパ 期 的 上 昇(MUAボ レ ー)は,常 行 して観 察 され る。(b)下 よ う に,さ ま ざ まな 状 況 に お い て,生 殖内 分泌 系 のス イ ッチ を 開 閉 す る 最 終 共 通 経 路 とし て,常 にGnRHパ ル ス ジ ェ ネ レ ー タ ー に情 報 が 集 約 され る と考 え られ て い る。 ち ょ う ど心 拍 数 が,自 レ ー お よ びGnRHパ ル スの 関係 ル ス ジ ェ ネ レー ター の活 動 を反 映 した神 経 活 動 の周 ボ レ ― と 同様,末 に末 梢 血 中 のLHパ ル ス にや や 先 垂 体 門 脈 血 中のGnRHパ 梢 血 中LHパ ルス も,MUA ル ス に わ ず か に 先 行 し て観 察 され る(田 中 知 己 ら:未 発 表 デ ― タ)。 こ の 結 果 か ら も,GnRHパ ジ ェネ レ ー タ ー がGnRH分 泌 を ひ き起 こ しLH分 ルス 泌 を駆 動 して い る こ とが 推 測 さ れ る 。 律神 経系 の二 重支 配 を受 け て 活 動 時 に は上 昇 し休 息 時 に は低 下 す る よ う に,性 パ ル ス ジ ェ ネ レ ー タ ー の 活 動 を特 異 的 に 反 映 し た 顕 著 腺 機 能 の 賦 活 と抑 制 はそ のペ ー ス メ ー カー で あ るGnRH な周 期 的 上 昇 を示 す この電 気 的 信 号,す パ ル ス ジ ェ ネ レ ー タ ー を介 し て巧 み に 調 節 さ れ て い る レ ー(volley;一 の で あ る。 に わ ず か に 先 行 し て 起 こ る こ と,ま た パ ル ス頻 度 を人 現 在,筆 究 室 で,こ 斉 射 撃)は,常 にLHの なわ ちMUAボ パ ルス状 分泌 者 ら の グ ル ー プ を 含 む 内 外 の い くつ か の研 為 的 に変 更 して も両 者 の 時 間 的 関 係 は変 わ らな い こ と, のGnRHパ な どが 大 きな 特 徴 で あ る8,9) らか に し,ま ル ス ジ ェネ レー タ ー の 本 体 を 明 た神 経 行 動 学 的 研 究 の新 た な パ ラ メ ー タ ー に し よ う と,さ ま ざ ま な 角 度 か らの 研 究 が 進 め られ こ の よ うな 視 床 下 部 神 経 活 動 の リア ル タ イ ム 解 析 法 を 用 い て,ま ず 性 腺 活 動 が 抑 制 状 態 に あ る雌 で フ ェ ロ て い る。 筆 者 ら は シバ ヤ ギ の 視 床 下 部 か ら こ の 神 経 活 モ ン の 効 果 を調 べ て み た 。 雄 ヤ ギ の毛 の 匂 い を嗅 が せ 動 を 特 異 的 に反 映 す る多 ニ ュ ー ロ ン 発 射 活 動(MUA) た とた ん に,そ れ まで3時 間 あ ま りで あ っ たMUAボ を連 続 的 に 解 析 す る シ ス テ ム を 開 発 し た 。 この シ ス テ レー の 間 隔 が 約1時 ム で は,視 床 下 部 内 側 底 部 に恒 常 的 に 留 置 した 記 録 電 ェ ネ レー タ ー に 対 す る フ ェ ロ モ ン の刺 激 効 果 が 確 認 さ 極 を 介 し て,GnRHパ れ た(図6)。 ル ス ジ ェ ネ レー タ ー の活 動 状 態 を 多 ニ ュ ー ロ ン発 射 活 動(MUA)と し て長 期 間 に わ た っ て記 録 ・ 解 析 す る こ とが 可 能 で あ る。 視 床 下 部GnRH 2088 間 に ま で 短 縮 し,GnRHパ そ こ で 次 に,フ ル スジ ェ ロ モ ン生 物 検 定 系 と し て 利 用 が 可 能 な 実 験 モ デ ル を 作 出 す る 目 的 で,卵 巣を 摘 除 し微 量 の エ ス トラ ジオ ー ル を持 続 投 与 す る こ とで, 鋤鼻嗅覚神経系の行動学 的解析31 毛 あ る い は そ の エ ー テ ル 抽 出 物 を 嗅 が せ る と,わ ず か 1∼2分 の う ち にMUAボ レー が 観 察 され,同 時 に行 な っ た採 血 とホル モ ン測 定 に よ っ て この 神 経 活 動 はLHの パ ル ス 分 泌 を伴 う こ とが 確 認 さ れ た 。 一 方,去 勢 した 雄 ヤ ギ の 被 毛 を嗅 が せ て も ま っ た く効 果 が 見 られ ず,さ ら に 去 勢 ヤ ギ に テ ス トス テ ロ ン を 約2カ 月間投 与 す る こ と に よ り効 果 の 復 活 が 観 察 さ れ た こ と か ら,こ GnRHパ の ル ス ジ ェ ネ レ ー タ ー に 対 す る 促 進 効 果 はア ン ドロ ゲ ン依 存 性 に 産 生 さ れ る フ ェ ロ モ ン に よ っ て ひ き 図6雌 シ バ ヤ ギ の 視 床 下 部MUAに 対 す る雄 ヤ ギ フ ェ ロ モ 起 こ さ れ る こ とが 明 ら か と な っ た 。 ま た,フ ン呈 示 の 効 果 矢印の時 点 で 雄 の 毛 を呈 示 す る と,そ の15分 誘起され,約60分 に短 縮 され た 状 態 が6時 後 にMUAボ レー が 間 以 上 に わ たって 継 続 ェロモ ン が 視 床 下 部 の 神 経 活 動 に 影 響 を与 え る の と同 時 に,フ レ ー メ ンや 排 尿 行 動 が 観 察 さ れ る こ とが あ り,内 分 泌 した。 Database Center for Life Science Online Service 反 応 と行 動 反 応 の 関 係 とい う点 か ら も興 味 が もた れ た。 こ の生 物 検 定 系 を用 い て フ ェロ モ ン の精 製 を開 始 し,こ ステ ロ イ ドホ ル モ ン環 境 を一 定 に し,さ を施 してGnRHパ ル ス ジ ェネ レー ター の 活 動 に 抑 制 を かけた雌 シバ ヤ ギ を用 意 し た。MUAボ 長 し安 定 し た と こ ろで,ボ ∼40分)に ら に 長 日処 理 レー の 間 隔 が 延 レー の 一 定 時 間 後(通 常30 被 験 物 質 を数 分 間 だ け 嗅 が せ,次 のボ レー れ まで に 酸 性 の脂 溶 性 分 画 に 存 在 す る 分 子 量1,000以 下 の 物 質 に活 性 が あ る こ とが 明 らか と な っ た が,現 在 この 生 物 検 定 系 を利 用 し て フ ェ ロ モ ン分 子 の 同 定 に 向 けて の精製 作業 をさ らに進 めて い る と ころであ る。 こ の 実 験 モ デ ル を活 用 し う る 他 の研 究 テ ー マ と し て, 出現 まで の 時 間 が どれ だ け短 縮 す るか を調 べ て み た(図 筆 者 らが 目 下 の と こ ろ 関 心 を 抱 い て い る の は,フ 7)。 そ の 結 果,対 モ ン情 報 の 受 容 伝 達 に お け る鋤 鼻 嗅 覚 系 と主 嗅 覚 系 の る20∼30分 図7フ 照 区 で は 次 の ボ レ ー は予 定 時 刻 で あ 後 に 回 帰 し たが,こ れ に対 して 雄 ヤ ギ の 被 機 能連 関 につ いて で ある。 ェロモ ンの 中枢 作用 に対 す る生 物 検 定法 の 開 発 (a)卵 巣 摘 除 動 物(OVX)に ボレーの 間 隔 がOVXの 長 日条件(16L8D)下 ボ レー 間 隔Aの1.5倍 印)し,呈 示 か ら次 の ボ レ ー 出現 ま で の 時 間Bを 時間Cを ェロ 用 い た。(b)3種 で エ ス トロ ゲ ン(E2)を 投 与 した モ デ ル を示 した 。E2処 置 と長 日 負荷 に よ りMUA 以 上 に な っ た と こ ろ で検 定 を開 始 した 。 被 験 物 質 はボ レー確 認 後A+α 計 測 した 。 比 較 の対 照 と して は,直 前 に見 ら れ た ボ レー 間 隔 か らA+α 類 の雄 ヤ ギ の 毛 を呈 示 してか ら次 の ボ レー 出 現 まで の 時 間(B)。 の 時 間 に呈 示(矢 を差 し引 いた 成 熟雄 の 毛 を呈 示 す る とMUAボ レーが た だちに誘 起 され,フ ェ ロモ ン活 性 が 認 め ら れ た が,去 勢雄 ヤ ギ の 毛 を呈 示 す る と,ボ レー は 呈 示 前(C)と 同 様 な 間 隔 を 経 て 出 現 し た。 一方 ,テ ス トス テ ロン を2カ 月 間 投 与 した去 勢 雄 の毛 を 呈 示 す る こ と に よ っ てMUAボ レー が た だ ち に出 現 した 。 こ れ らの 結 果 か ら,雄 ヤギ由来 の フ ェロ モ ン は テ ス トス テ ロ ン依 存 性 に産 生 分 泌 され て い る こ とが 明 ら か とな っ た 。 2089 32蛋 白質 核酸 酵 素Vol.41No.14(1996) 哺 乳 類 の フ ェ ロ モ ン は揮 発 性 の 低 い(あ る い は不 揮 モ ン の 量 的 あ る い は 質 的 分 析 を介 し て 生 殖 機 能 に 関 す 発 性 の)低 分 子 化 合 物 で あ り,も っ ぱ ら鋤 鼻 器 で 受 容 ・ る詳 細 な吟 味 を 行 な っ て い るの か も しれ ない 。 実 際,副 検 知 され る とい うのが 一 般 的 な理 解 で あ る 。 しか し,フ 嗅 球 に は感 覚 情 報 の 統 御 セ ン タ ー で あ る 扁 桃 体 か ら の ェ ロ モ ン が 主 嗅 覚 系 で 受 容 され て い な いか とい う と,確 入 力 が あ り,市 川 らの 副 嗅 球 に 関 す る最 近 の研 究 に よ た る証 拠 は な い 。 主 嗅 覚 系 に は お よ そ1,000種 れ ば,フ 類 の匂 ェ ロ モ ン情 報 を 求 心 性 に 送 り こむ 鋤 鼻 嗅 覚 神 い 受 容 体 が 発 現 して お り,そ の 一 つ 一 つ が 多 少 の オ ー 経 路 の シ ナ プ ス構 造 が,主 バ ー ラ ップ を許 しな が ら,一 定 の 匂 い分 子 群 に 特 異 的 シ グ ナ ル を遠 心 性 に 受 け 取 る こ とで 修 飾 され 超 微 形 態 に反 応 す る と考 え られ て い る10)。この た め,主 嗅 覚 系 で 的 変 化 を 起 こす 可 能 性 も示 唆 さ れ て い る(市 川 眞澄:私 検 知 さ れ る匂 い 分 子 の種 類 は お そ ら く数 十 万 種 と膨 大 信)。2つ な数 に の ぼ り,揮 発 性 を も つ 化 学 物 質 は ほ と ん ど す べ 見 地 か ら も興 味 の もた れ る 研 究 課 題 で あ る 。 嗅 覚 系 を介 し て 入 力 さ れ た の 嗅 覚 系 の 機 能 連 関 に つ い て は神 経 行 動 学 的 て網 羅 さ れ て い る と い っ て も過 言 で は な か ろ う。 とす れ ば,比 較 的 単 純 な 構 造 の 分 子 群 で あ る こ とが 予 想 さ Database Center for Life Science Online Service れ る フ ェ ロ モ ンが,主 IV.フ ェ ロモ ンの 中 枢 作 用機 構 嗅 覚 系 の 探 索 網 に ま っ た く検 知 さ れ な い と考 え る根 拠 はあ ま りな い 。 しか も,前 述 の フ ェ ロ モ ン は鋤 鼻 器 で 受 容 さ れ,そ の 情 報 は鋤 鼻 嗅 ゾ ウ とガ の フ ェ ロ モ ン の 構 造 的 一 致 に 象 徴 さ れ る よ う 覚 系 を介 し て 脳 の な か で も比 較 的 原 始 的 な領 域 とさ れ に,フ る大 脳 辺 縁 系 と視 床 下 部 に 伝 達 さ れ る と考 え られ て い ェ ロ モ ン分 子 の基 本 骨 格 は 動 物 種 間 を 越 え て比 較 的 よ く保 存 され て い る可 能 性 が 高 く,ま 哺 乳 類 ど う しで あ れ ば,仮 してや同 じ る(図8)。 大 脳 辺 縁 系 は 喜 怒 哀 楽 と い っ た 情 動 の形 成 に フ ェ ロ モ ン の構 造 に 類 似 を 司 る 重 要 な 領 域 で あ り,ま た 視 床 下 部 は 本 能 行 動 を 性 が 高 い と して も不 思 議 は な い は ず で あ る。 し か し フ 生 み だ し 自律 機 能 を支 配 す る 部 位 で あ る。 そ れ ゆ え フ ェ ロモ ン機 能 の 定 義 か らす れ ば,同 種 の異個 体 間で作 ェ ロ モ ン の情 報 は お そ ら く意 識 に の ぼ る前 に脳 の 奥 深 用 し て こ そ意 味 が あ り,ほ か の 動 物 種 に ま で 効 果 を も い領 域 に直 接 働 きか け て情 動 と 自律 機 能 を揺 り動 か し, た ら した の で は混 乱 が 生 じ か ね な い 。 この 問 題 に 関 し 受 容 し た動 物 を特 定 の 行 動 に駆 り立 て るの で あ ろ う。 主 て は,哺 乳 類 の 生 態 と行 動 様 式 を 十 分 に 理 解 し,ま 嗅 覚 系 と鋤 鼻 嗅 覚 系 は,情 報 担 体 の 分 子 ス ペ ク トル と た 主 嗅 覚 系 と鋤 鼻 嗅 覚 系 の 協 調 的 機 能 を想 定 す る こ とに そ れ を受 け取 る器 官 が 違 う ば か りで な く,情 報 を経 由 よ っ て,解 す る 神 経 回 路 も ま た投 射 す る脳 領 域 も ま っ た く異 な る 答 が 得 られ る か も しれ な い。 た と え ば,生 態 系の なか で異種 の哺乳 類 どうしが フェ ロモ ンの混信 独 立 し た シ ス テ ム で あ る。 主 嗅 覚 系 が"感 が 起 こ る ほ ど近 接 し て生 活 す る こ とは ほ とん ど な い し, の 系 で あ る とす れ ば,鋤 鼻 嗅 覚 系 は い わ ば"動 ま た フ ェ ロ モ ンが 作 用 す る の は お そ ら くご く近 距 離 で い"の 系 で あ り,こ れ らの 情 報 が 他 の 感 覚 入 力 と統 合 あ る こ とが,多 され て 実 際 の行 動 が 動 機 づ け され て い くの で あ ろ う11)。 くの 動 物 種 に お け る行 動 学 的 研 究 の結 果 か ら推 察 さ れ て い る。 視 床 下 部 ホ ル モ ンで あ るGnRHに これ らの 点 を考 え あ わ せ る と,哺 乳 類 で は,空 中を ず る 匂 い" は,古 か す匂 くか ら知 ら れ てい る下垂 体 ホル モ ンの分泌 調節 を介 して卵 巣機能 飛 翔 して 遠 距 離 ま で フ ェ ロ モ ン情 報 を伝 え な け れ ば な の 調 節 に よ る 作 用 に加 え て,最 らな い 昆 虫 と違 っ て,シ 用 して 求 愛 行 動 を ひ き起 こす 働 き も あ る こ とが 示 唆 さ グ ナ ル の種 特 異 性 を 保 証 す る 近 の 研 究 か ら脳 内 に作 た め に フ ェ ロ モ ン分 子 自 体 の 多 様 性 を進 化 さ せ る 必 要 れ て お り,GnRHは は あ ま り な か っ た の か も し れ な い 。 ま た,哺 分 を 司 り,繁 殖 成 功 へ と導 く重 要 な 役 割 を演 じ て い る 乳類 の高 次 脳 機 能 は異 性 の探 索 に 視 覚 ・聴 覚 ・嗅 覚 な ど,あ ら 排 卵 と性 行 動 発 現 の絶 妙 な 時 間 配 こ とが 予 想 さ れ て い る 。 実 際,フ ェ ロモ ンの生殖 内分 ゆ る感 覚 情 報 を統 合 し て 利 用 す る こ とを 可 能 に して い 泌 系 を刺 激 す る作 用 も ま た,GnRHパ る はず で あ り,冒 頭 に あ げ た野 生 馬 の例 に み ら れ る よ タ ー を介 し て発 現 す る の で あ る。 このGnRH産 うに,排 ー ロ ンは 泄 物 を調 べ る際 に も,ま ず 主 嗅 覚 系 を働 か せ て種 や 群,性 ル ス ジェネレー ,胎 仔 期 に まず 嗅 覚 系 の原 基(嗅 板)に 生 ニュ 発現 と い っ た さ ま ざ ま な個 体 の 帰 属 特 性 を判 し,発 生 の 過 程 で し だ い に 脳 の 奥 深 くの 視 床 下 部 へ と 定 し た う え で,生 殖 行 動 の 発 現 が 想 定 され る 場 合 に の 移 動 し て くる こ とが さ ま ざ ま な 動 物 種 で 明 らか に さ れ み フ レ ー メ ン を行 な っ て 鋤 鼻 嗅 覚 系 を駆 動 し,フ て い るが,こ 2090 ェロ れ な ど生 殖 と嗅 覚 の 密 接 な 関 係 を示 す 象 Database Center for Life Science Online Service 鋤鼻嗅覚神経系の行動学的解析33 図8フ ェ ロモ ンの 中枢 作 用機 構 フェロモ ン は鋤 鼻 器 で 受容 され る が,そ こ に到 達 す る に は鼻 腔 ル ー トと 口腔 ・切 歯 管 ル ー トとい う,種 存在 する と思 わ れ る。 鋤 鼻 器 で 受 容 され た フ ェ ロモ ン情 報 は,副 モンは視床 下 部 ・下 垂 体 ・ 性 腺 軸 を刺 激 して,性 嗅 球 で 中 継 され,大 に よ っ て 異 な る2つ の ル ー トが 脳 辺 縁 系 を介 して 視 床 下 部 に 伝 え られ る。 フ ェ ロ 腺 か ら のス テ ロ イ ドホ ル モ ン の分 泌 を促 す と と も に,刺 激 に よ っ て 分 泌 され たGnRHが 直接 脳内 に働 き,前 記 ホ ル モ ン と協 力 す る こ とで 性 行 動 を発 現 させ て い る と考 え ら れ る。 徴的 な事 実 とい え よう12)。鋤 鼻 嗅 覚 系 と行 動 発 現 をつな 動 パ タ ー ン 全 体 に大 き な 影 響 を与 え う る そ の 強 力 な 向 ぐメカニ ズ ム は まだ 十 分 に解 明 され て い な い もの の,マ 中枢 作 用 ゆ え に,脳 ウス の ブル ー ス 効 果(交 要 な 基 礎 研 究 を 推 進 す る た め の 有 力 な ツ ー ル と して も 尾相 手以 外 の雄 の匂 い によ っ て妊 娠 成 立 が 阻 止 され る)[→ 2118)] .の場 合,扁 今 月 のKey Words(p. 機 能 の解 明 と い う今 後 ま す ま す 重 利 用 し う る こ とが 予 感 され る 。 桃 体 か ら分 界 条 床 核 を経 由 して 視 床 下部 内側 底 部 に至 り,漏 斗 隆 起 部 の ドー パ ミ ンニ ュ ー ロンを刺 激 す る神 経 回 路 が 明 らか に され て お り13),こ れ おわ りに は本稿 で紹 介 し た 雄 効 果 を含 め,哺 乳 類 で み られ る 各 研 究 が 急 速 に増 加 しつ つ あ り,た 種のプ ラ イ マ ー フ ェ ロ モ ン効 果 に も共 通 す る情 報 伝 達 る 匂 い 分 子 の 受 容 ・識 別 機 構 に 関 す る理 解 は こ こ数 年 経路で あ る可 能 性 が 高 い とみ な され て い る。 の 間 に 著 し い進 展 を 遂 げ,神 神 経 科 学 領 域 に お い て は,嗅 覚 系 に関 す る とえば主嗅 覚系 によ 経 系 の分 化 や 記 憶 の メ カ 体 ニ ズ ム を解 き 明 か す 好 個 の モ デ ル と し て も注 目 を 集 め 間の コ ミュニ ケ ー シ ョ ン に 主 要 な 役 割 を演 じ て い る フ て い る10)。鋤 鼻 嗅 覚 系 につ い て も,ご く最 近 に なっ て フ ェロモ ン分 子 を 同 定 し,哺 乳 類 の 種 間 で 比 較 検 討 す る ェ ロ モ ン の 受 容 体 を コ ー ドす る と思 わ れ る遺 伝 子 の ク 方法論 を確 立 す る こ とが で きれ ば,基 生殖 とい う根 源 的 な 生 命 活 動 の 舞 台 に お い て,個 礎研 究 の成果 を ロ ー ニ ン グが 報 告 さ れ たが14),今 後 こ の よ うな分 子 生 物 基盤 とし て,卵 胞 嚢 腫 や 無 発 情 な ど,畜 産 分 野 で 問題 学 的 手 法 や トラ ン ス ジ ェ ニ ッ ク動 物 の 作 出 とい っ た 遺 となっ て い る家 畜 の繁 殖 障 害 に対 す る 予 防 治 療 や,動 伝 子 工 学 的 研 究 手 法 を活 用 す る こ とで,哺 物園 にお け る希 少 動 物 の 人 工 繁 殖 プ ロ グ ラ ム へ の 応 用 ロ モ ン に関 す る 研 究 が 大 き く進 展 す る もの と期 待 され とい った 実用 的価 値 を 創 出 し て い く こ と も夢 で は な い る 。 しか しな が ら,フ だろう。 ま た,こ 乳類 の フェ ェ ロ モ ン受 容 か ら行 動 発 現 に 至 の よ う な 動 物 繁 殖 分 野 へ の 応 用 的価 る神 経 機 構 につ い て は ま だ 幾 多 の ミ ッ シ ン グ リ ン グ が 値 とい う点 か らば か りで な く,フ ェ ロ モ ン は動 物 の行 残 され た ま ま で あ り,中 枢 神 経 活 動 を 指 標 と し た特 異 2091 34蛋 白質 核酸 酵 素Vol.41No.14(1996) 性 と再 現 性 に優 れ た フ ェ ロ モ ン作 用 の評 価 シ ス テ ム が 得 られ な い か ぎ り,機 能 的 解 析 に は 自 ず と限 界 の あ る Zhang, 学 的 研 究 が,分 Y.: Neuroendocrinology, 印 刷 中(1996) 5) 森 裕 司:遺 6) 森 裕 司 ・前 多 敬 一 郎:時 65-76,朝 子 生 物 学 的 ア プ ロ ー チ と並 行 し て 進 展 す る こ とに よ っ て,フ ェ ロ モ ン の本 体 と そ の 作 用 機 序 の 解 明 を 目指 した 研 究 は新 た な 局 面 を迎 え,哺 乳類 の Y., Mori, 伝,49,54-61(1995) 間 生 物 学 ハ ン ドブ ッ ク,pp. 倉 書 店(1991) 7) 森 8) Nishihara, M., Mori, Y., Yoo, M.-J., Takahashi, M. : in Pulsatility in neuroendocrine systems : Methods in Neuroscience. (ed. Levine, J. E.), pp. 114-126, Academic Press, San Diego (1994) Mori, Y., Tanaka, T.: J. Reprod. Fert. (Supple.) 49, 231 (1995) 行 動 発 現 に 重 要 な 意 味 を も つ ケ ミカ ル コ ミュ ニ ケ ー シ ョ ン の 機 構 に つ い て普 遍 的 概 念 を確 立 す る こ と も夢 で 9) は な くな る は ず で あ る。 379, 684 (1996) M., Takeuchi, こ とが 予 測 さ れ る。 ヤ ギ や ラ ッ トな ど各 種 の 哺 乳 類 を 実 験 モ デ ル と し た鋤 鼻 嗅 覚 シ ス テ ム に 関 す る神 経 行 動 A., Daves, Jr. G. D. : Nature, Hamada, T., Nakajima, 4) 10) 裕 司:化 Mori, K., 学,49(5),139-143(1994) Yoshihara, Y. : Progress in Neuro- biology, 45, 585 (1995) Database Center for Life Science Online Service 文 1) 献 木村 李 花 子:ユ ル リ島 の馬― 動 物行 動 学 的接 近 の 愉 楽,馬 事 文化 財 団(1993) 2) 3) 2092 Hart, B. L. : in Chemical signals in vertebrates (ed. Silverstein, R. M., Muller-Schwarz, D.), Vol. 3, pp. 87-103, Plenum Press, New York (1983) Rasmussen, L. E. L., Lee, T. D., Roelofs, W. L., 11)森 裕 司:化 12)村 上 志 津 子:ヒ 13)椛 秀 人:日 14) Dulac, 15) Hart,B.L.:ハ 学 と 生 物,31,714―723(1993) ュ ー マ ン サ イ エ ン ス,7,73(1995) 本 味 と匂 学 会 誌,1,23(1994) C., Axel, サ ン 出 版(1995) R. : Cell, 83, 195 (1995) ー トの 動 物 行 動 学 入 門,p.112,チ ク
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