1, 体液調節の恒常性に関する研究

生物において細胞外と細胞内の液体の間の浸透圧の平衡性は水の移動によって維持される。生理学的な過程の間で、水の移動における変化は、1）刺激するホルモン（抗利尿ホルモンのような）、２）水を排出する量の変化、３）細胞膜の中の水チャネルの存在、によって導かれます。

私たちの研究室では、浸透圧調節に関わる機構の研究の実験モデルとしてニワトリを用いています。私たちの研究の目的は、中枢と末梢器官の水の移動に関わる細胞・分子機構に焦点を当て体液の恒常性の調節を研究することで、浸透圧調節に関わる様々な系（視床下部—下垂体神経葉、腸、腎臓）の統合と調和を理解することです。

１）脳による浸透圧調節：視床下部で産生され下垂体神経葉で分泌される抗利尿ホルモンは、腎臓における水の透過性を変える重要な役割を持っています。抗利尿ホルモンの遺伝子発現と分泌は、未だに解明されていない分子機構によって浸透圧の上昇に反応して活性化されると考えられています。抗利尿ホルモンの産生と浸透圧の変化とを結びつける機構を解明することは、私たちの研究室の目的の一つです。

２）浸透圧調節における末梢器官の関与：鳥類の腎臓には、２つのタイプのネフロンが存在します。一つは、濃縮する尿を作ることが出来ないループがない皮質のネフロンであり、もう一つは、髄質のネフロンで集合管と平行に走るヘンレループを持っているネフロンです。哺乳類と同様に、鳥類は高浸透圧の尿を作ることが出来るが哺乳類と比べると尿を濃縮する能力に限りがあります。ほとんどの鳥類では、尿が結腸や直腸の方に逆流します。それで、結腸や直腸において水や溶けたイオンなどの分泌や吸収をする上皮細胞を持っています。したがって、下部の腸も鳥類では水の移動に重要な役割を持っています。私たちは、浸透圧の変化に対するこれらの器官の生理的反応についても研究しています。

３）浸透圧調節の分子機構：最近、アクアポリン(AQP)と呼ばれる水チャネルが水の移動に活発に関わっている様々な上皮細胞で同定されています。脳に存在するAQPは、視床下部のVenryの浸透圧受容器に関わるとも考えられています。AQPの発現部位、機能およびその調節を研究することは、上皮細胞の水移動の細胞学的・分子的機構および体液性、神経性、および血液動態による浸透圧調節に重要な情報を提供するだろうと考えられます。

最近の論文:
Saito N., Ikegami, H., and Shimada K., (2005) Effect of water deprivation on aquaporin 4 (AQP4) mRNA expression in chickens (Gallus domesticus). Molecular Brain Research, 141, 193-197.

2, 脳の性分化に関する研究

成熟した動物において、生殖腺のステロイドホルモンは、繁殖行動や異性の選択に対する活性化の役割を担っている。雄において、求愛行動と交尾行動はテストステロンに依存し、雌における排卵のタイミングや性的受容はエストロゲンとプロゲステンのコントロール下にあると知られている。

繁殖行動やGnRHの排卵前サージを調節する機構は雄と雌で異なり、それは脳に生殖腺のステロイドホルモンによって曝される周産期に分化すると考えられている。

私たちの研究室では性ステロイドホルモンが、どのように雌や雄としての脳の発達に影響を与えるかを実験モデルとして日本ウズラを用いています。鳥類は、卵の中で発達するために胚時期のホルモン環境を操作し、その影響を研究するために適しています。

動物の遺伝的性（雌の鳥ではZW、雄の鳥ではZZ）は、未分化の生殖腺を卵巣や精巣に分化させることを決めていることはよく知られています。そして、精巣と卵巣のホルモンが脳に作用し性的２型の繁殖機能を調節する神経回路の発達に影響を与えます。鳥類において雌型の神経基盤は高濃度のエストラジオールの作用により生じると考えられ、雄（ホモ型）の脳はデフォルトとして発達すると考えられる。

脳が発生初期に性ステロイドホルモンに曝される影響は、不可逆的です。したがって、成熟した雌ウズラは、もしテストステロンで処理されても雄の性行動を表しません。しかしながら、卵の中の胚時期に抗エストロジェンかアロマターゼ（テストステロンからエストラジオールに変換する酵素）阻害剤により処理された雌ウズラは、成熟後に雄の交尾行動を示すようになります。同様に雄ウズラは、胚時期に薬理学的な濃度のエストラジオールで処理されると、雌のように行動します。

卵の中でのホルモン処理などによる繁殖行動への影響はよく知られていますが、ホルモンが導く脳の性分化の分子生物学的・細胞学的事象はよく知られていません。私たちの研究目的は、脳の性分化の分子・神経解剖学的基盤を解明することにあります。

最近の論文:

Aste N, Watanabe Y, Shimada K, Saito N. (2008). Sex- and age-related variation in neurosteroidogenic enzyme mRNA levels during quail embryonic development. Brain Res. 27:15-22.