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比較内分泌学

EG, 2005. Long-term treatment of ghrelin stimulates feeding, fat deposition, and alters the GH/IGF-I axis in the tilapia, Oreochromis mossambicus. Gen. Comp. Endocrinol. 142, 234-240.

8 ) Fox BK, Riley LG, Dorough C, Kaiya H, Hirano T, Grau EG, 2007. Eµects of homolo-gous ghrelins on the growth hormone/insulin-like growth factor-I in the tilapia, Oreochromis mossambicus. Zoolog. Sci. 24, 391-400.

ナメクジウオの神経索に発現する

糖タンパク質ホルモンサブユニット遺伝子

丹　藤　由希子（東大・海洋研）E-mail: tandou@ori.u-tokyo.ac.jp

１．はじめに　ナメクジウオは、系統学的に脊椎動物の祖先的位置を占め、脊椎動物への進化を研究する上で着目されている。ナメクジウオ、ホヤ類を代表とする尾索動物、脊椎動物は、脊索動物門の3亜門を構成する。これら3者の関係は全ゲノム解析が出揃ったところで、ホヤは脊椎動物と相同な遺伝子を多数失い、ナメクジウオは脊索動物と共通の祖先から進化し、共通する遺伝子を保存していることが明らかとなっている。内分泌系に関しても、脊椎動物と相同な遺伝子の探索が行われているが、内分泌系の有無と機能については未だ不明な点が多い。例えば、生殖に関わる内分泌機構では、GnRH1）、性ステロイド生合成経路2）がナメクジウオに存在し、脊椎動物に類似する生殖内分泌系が存在している可能性が報告されている。しかし、下垂体ホルモンの遺伝子はゲノム配列からは見つかっておらず、脊椎動物におけるGnRH-GTH-性ステロイドの系が成立しない。　2008年に解読が終了したフロリダナメクジウオBranchiostoma floridaeのゲノム配列からは、糖タンパク質ホルモン（鎖遺伝子が見つかった3）。この遺伝子は哺乳類から近年新たに見つかった糖タンパク質ホルモンThyrostimulin4）のβ鎖（GPB5）と相同性を示し、下垂体ホルモン遺伝子のホモログでは

なかった。Thyrostimulinは哺乳類の甲状腺機能促進に関与する5）が、それ以上の機能や分泌の制御機構は明らかになっていない。Thyrostimulinは脊椎動物だけでなく、無脊椎動物にも存在し、分子系統解析では、下垂体の糖タンパク質ホルモンの祖先型に位置するとみなされている6～8）。そこでナメクジウオのThyrostimulinは、脊椎動物の下垂体糖タンパク質ホルモンの分子進化を直接解く鍵となる可能性が高い。本研究では、日本産ナメクジウオB. belcheri からGPB5遺伝子を単離し、その発現部位を調べた。さらに、ナメクジウオのGPB5が下垂体糖タンパク質ホルモンの祖先的位置づけであることを系統学的解析によって検証した。

２．糖タンパク質ホルモン遺伝子の探索とその発現　α鎖とβ鎖のヘテロダイマーである糖タンパク質ホルモンは、そのダイマー形成にも必要なCystine-knotモチーフという特徴的な構造を持つ9）。これは3つのジスルフィド結合によって形成されるノット状の構造である。我々はまず、ナメクジウオの糖タンパク質ホルモンがThyrostimulinのみであるかを再確認するため、Cystine-knotモチーフをB. floridaeのゲノムデータベース（http://genome.jgi-psf.org/Brafl1）で探索した。その

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Vol. 35 No. 135 (2009. 12)

結果、Thyrostimulin以外に糖タンパク質ホルモン遺伝子に該当するものは存在しなかった。次に日本産のナメクジウオB. belcheriからGPB5のcDNAを単離してアミノ酸配列を決定し、ヒトFSHβの三次元構造を鋳型として立体構造モデリングを行ったところ、Cys-tine-knotモチーフを形成する三次元構造を確認できた。RT-PCRでは頭部、エラ、生殖腺等の様々な器官へのGPB5遺伝子の発現がみられた。頭部における遺伝子発現を In situ hybridizationで詳細に調べると、神経索では前方の第六～第八筋節の間の背側に存在する細胞に局在がみられた（図1）。下垂体の原基であると考えられてきたハチェック窩10）には遺伝子発現は認められなかった。

３．系統解析　数種の脊椎動物の下垂体糖タンパク質ホ

ルモンβ鎖とGPB5を用いて系統樹を作製した結果、ナメクジウオのGPB5は脊椎動物のGPB5と単系統を作り、その最も外側に位置した。またGPB5とLHβ、FSHβ、TSHβとのシンテニー解析を行ったところ、ヒトとナメクジウオの間でよく保存されていた（図2）ことから、LHβ、FSHβ、TSHβは脊椎動物の出現後に起こった遺伝子重複によってできたことが示唆された。

４．まとめ　ナメクジウオのGPB5遺伝子を単離し、脊椎動物の下垂体糖タンパク質ホルモンβ鎖の祖先的分子であることを系統学的に示した。また、GPB5発現細胞はナメクジウオの神経索に局在していることを明らかにした。以上の結果は、ナメクジウオの1種類の糖タンパク質ホルモンは、脊椎動物の祖先型糖タンパ

図1　神経索における GPB5遺伝子の発現A：凍結横断切片において神経索背側の細胞に発現が見られた（矢印）。スケールは20μm。矢印頭は色素細胞をもつHesse器官。B：ナメクジウオの頭部の遺伝子発現領域の模式図。GPB5の発現を星印で示す。m：筋節、Nc：神経索、Vm：縁膜、En：内柱。

KIRR E L AC TN P CN X M AP 3K K LHL M AP 4K P O U 2F

Human chr19

Human chr11

Human chr 1

Human chr14

K IR R E L2 AC TN 4 M AP 3K 10 KE AP 1 M AP 4K 1 LH P O U 2F 241.04 43.83 45.39 10.46 43.77 54.21 47.28

K IR R E L3 A C TN 3 P CN X L3 M AP 3K 11 M AP 4K 2 F S H P O U 2F 3125.80 66.0 7 65.14 65.12 64.31 30.21 119.62

K IR R E L AC TN 2 P CN X L2 M AP 3K 19 K LH L20 TS H P O U 2F 1156.23 234.92 231.19 231.53 171.95 115.3 7 165.46

B. floridae Sc 8 20252 9 27586 1 20255 6 11788 8 GPB5 27593 420264 9 6579 1

AC TN 1 P CN X M AP 3K 9 K LH L28 M AP 4K 5 G P B568.41 70.44 70.26 44.4 6 49.95 62.85

0.40 2.30 2.36 2.40 2.62 3.17

β

β

β

図2　糖タンパク質ホルモン β 鎖遺伝子のシンテニー

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比較内分泌学

ク質ホルモンであること、さらに神経細胞での合成・分泌が、脊椎動物の下垂体細胞での合成・分泌の起源である可能性を示すものである。

　本論文は、Expression of the gene for ances-tral glycoprotein hormone subsubunit in the nerve cord of amphioxus (Tando Y, Kuboka-wa K)と題し、Gen Comp Endocrinol, (2009) 162, 329-339に発表した。また、本稿では紹介していないが、Thyrostimulin α鎖の遺伝子発現については、A hnomolog of the ver-tebrate thyrostimulin glycoprotein hormone α subunit (GPA2) is expressed in amphiox-us neurons (Tando Y. Kubokawa K), Zool Sci., (2009) 26, 409-414に発表した。

文　献 1 ) Chambery A, Parente A, Topo E, Garcia-Fer-

nandez J, D'Aniello S, 2009. Characterization and putative role of a type I gonadotropin-releasing hormone in the cephalochordate Amphioxus. Endocrinology, 150, 812-820.

2 ) Mizuta T, Kubokawa K, 2007. Presence of sex steroids and cytochrome P450 genes in am-phioxus. Endocrinology, 148, 3554-3565.

3 ) Holland LZ, Albalat R, Azumi K, Benito-Gutierrez E, Blow MJ, Bronner-Fraser M, Brunet F, Butts T, Candiani S, Dishaw LJ, Fer-rier DE, Garcia-Fernandez J, Gibson-Brown JJ, Gissi C, Godzik A, Hallbook F, Hirose D, Hosomichi K, Ikuta T, Inoko H, Kasahara M, Kasamatsu J, Kawashima T, Kimura A, Ko-bayashi M, Kozmik Z, Kubokawa K, Laudet V, Litman GW, McHardy AC, Meulemans D, Nonaka M, Olinski RP, Pancer Z, Pen-nacchio LA, Pestarino M, Rast JP, Rigoutsos I, Robinson-Rechavi M, Roch G, Saiga H, Sasakura Y, Satake M, Satou Y, Schubert M, Sherwood N, Shiina T, Takatori N, Tello J, Vopalensky P, Wada S, Xu A, Ye Y, Yoshida K, Yoshizaki F, Yu JK, Zhang Q, Zmasek CM, de Jong PJ, Osoegawa K, Putnam NH, Rokhsar DS, Satoh N, Holland PW, 2008. The am-

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4 ) Nakabayashi K, Matsumi H, Bhalla A, Bae J, Mosselman S, Hsu SY, Hsueh AJ, 2002. ¦yrostimulin, a heterodimer of two new hu-man glycoprotein hormone subunits, activates the thyroid-stimulating hormone receptor. J Clin Invest, 109, 1445-1452.

5 ) Macdonald LE, Wortley KE, Gowen LC, Anderson KD, Murray JD, Poueymirou WT, Simmons MV, Barber D, Valenzuela DM, Economides AN, Wiegand SJ, Yancopoulos GD, Sleeman MW, Murphy AJ, 2005. Resis-tance to diet-induced obesity in mice globally overexpressing OGH/GPB5. Proc Natl Acad Sci, 102, 2496-2501.

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10) Tjoa LT, Welsch U, 1974. Electron mi-croscopical observations on Kolliker's and Hatschek's pit and on the wheel organ in the head region of Amphioxus (Branchiostoma lanceolatum). Cell Tissue Res, 153, 175-187.