Honda, Junichi

Manabe, Yoshie

Matsumura, Ryusei

Takahashi, Sumio

Takeuchi, Sakae

Okayama University Scientific Achievement Repository

36寄 稿下垂体インスリン様成長因子 Ⅰの生理的意義について一下垂体内制御機構について-高 橋 純 夫 ･本 多 淳 一 ･真 鍋 芳 江 ･松 村 龍 成 ･竹 内 栄岡山大学理学部生物学科生体制御科学講座はじめに哨乳類の下垂体細胞の増殖や機能発現は,視床下部ホルモンや下垂体ホルモンの標的器官から分泌される末梢ホルモンによって制御されている｡下垂体の発生過程においては､間脳底部ならびに口陥の外腫葉から分泌される因子により､下垂体の形態形成や細胞分化が制御されていることがわかってきた｡さらに､下垂体細胞によって産生される成長因子やサイトカインが､下垂体細胞の増殖や機能制御に関与している可能性が示されてきた(総説Scbwartz,2000)｡すなわち､視床下部 ･標的器官系による下垂体機能の中軸的制御機構の他に､下垂体由来の成長因子等による局所的な制御機構､すなわち ｢下垂体内制御機構｣があると考えられる｡当然ながら視床下部 ･標的器官系による制御機構が､下垂体機能の制御において中心的役割をはたすことは間違いないが,｢下垂体内制御機構｣も重要なはたらきを担っていると考えられる｡この ｢下垂体内制御機構｣は､視床下部･標的器官系による中軸的制御機構とは独立に機能するのではなく､相互に情報を交換し協調的に下垂体機能の制御にあたっていると思われる｡本稿では噂乳類の下垂体で発現しているインスリン様成長因子 Ⅰ(IGトⅠ)に着目し,前葉ホルモンの一つである副腎皮質刺激ホルモン(ACTI)産生細胞のホルモン産生の制御機構に注目することにより､マウス下垂体における ｢下垂体内制御機構｣の実例を紹介していきたい｡IGF-Ⅰは､様々な組織で発現し､傍分泌的に作用 して細胞分化や増殖を制御することが知られている｡下垂体においても IGトⅠが産生され､その受容体である IGFl型受容体(IGトR)が発現している｡マウス下垂体前葉においては､成長ホルモ ン(GH)産生細胞 に IGF-imRNAが )'DSZ'l〟hybridization法により検出できた (Hondaeta1.,1998).また､IGトRmRNAもACTH産生細胞 の 一部に発現 している ことが観察 された(HondaelaJ.,1998)0 IGF-Iは､多くの組織において､GHによって発現が促進される｡IGトⅠの下垂体における生理的意義を明らかにするためには､下垂体の IGトⅠの発現制御に関わる因子を明らかにすることが必要である｡そこで､マウス下垂体前葉細胞における IGトImRNAの発現の変化を解析した｡あわせて､IGF-Ⅰによる下垂体前葉細胞に対する作用については､GHならびにプロオビオメラノコルチン(PONC)の遺伝子発現に注目した｡なお､POMCはACTIlのプロホルモンとなるホルモン前駆体タンパク質である｡材料と方法2ケ月齢のICR系雄マウスから下垂体前葉を採取した｡下垂体前葉細胞をDulbecco改変のEagle培地とHamのF12培地をl対 1に混合した培養液を用いて無血清的に培養 した(Oomizuela1.,1998)｡競合的 RトPCR法によりIGトImRNAの定量をおこなった(Hondaelaノ∴ 2003)0 GH受容体 mRNA発現細胞は I'nsifuhybridizationと免疫組織化学を併用して同定をおこなった(HondaelaJ..2000)O括果下垂体前条細胞における IGトl巾RNAの発現量の変化マウス下垂体の初代培養系を用いて､GH,ACTH,成長ホルモン放出ホルモン(GHRH),副腎皮質ホルモ ン と し て dexamethasone(DEX)お よ びestradio1-17β (E2)によるIGF-1mRNA発現に及ぼす効果を調べた｡IGトI】TLRNA量は統合的RT-PCR法により解析した (図 1)｡それぞれのホルモンを1日間作用させたところ､GHにより有意にIGトImRNA量が増加したQその一方､DE‡では有意に lGトImRNA量は減少した｡ACTH,GHRHやE2処理では IGF-ⅠmRNA量に変化は検出できなかった｡以上の結果から､GHが下垂体前葉細胞のIGトⅠの産生を促進し､副腎皮質ホルモンは抑制することが示された｡ACompeI]'torGF･ICompetiorβ-∝tin???? ? ?? ?? ? ? ???????? ??? ? ?? ?? ??? ?GH(脂/ml) ACTH (班) GⅡRH (M) DEX(M) E2 (M)o o.5 1 0 10-8 1017 0 10･8 10･7 010-810･7 0 10･1 10･9123456789 1 2 3 456 78 少 1234S6789 12345一789I2345678少0 0.51 010･810･7 0101810-7 010･810･1GH(旭仙) ACTH(M) GHM (M) I)EX(M)図1 下垂体前葉細胞における IGトHrlRNAの発現の変化*Pく0.05. HP(0.01:対照群に対して有意の差GⅡ(l唱/ml)A 0 0.5 1.0?? ? ? ? ? ? ? ??? ???? ? ?? ? ? ????????? ?????????? ??0 0.5 1.0GE(pdml)図2 下垂体前葉細胞における GH投与によるGHmRNAの発現の変化下垂体前葉細胞におけるGHhRNAJLの変化GH投与(1日間)によるGHmRNAの産生に及ぼす影響をノーザン解析により調べたが､GHmRNA量に変化は認められなかった(図 2)｡続いて IGF-I,ACTH,GHRHおよび DE‡投与による GHmRNAの産生に及ぼす影響を調べた｡IGF-Ⅰ投与により､?tGF-I(rLg叫GEp-ACtitL? ??? ??? ? ??? ???? ? ??? ? ?07.S75+.i?+;:010-11019E2(M)ACTH(M) GIIRH(M)DEX(M)010110･7 010410･7 010110rl07.575 ●10J1017 010110･1 010.10･1IGF･Ⅰ(Jtgml) ACT甘(M) G杜Rfl(M) DEXPD図3 下垂体前葉細胞における IGF-1投与によるGHmRNAの発現の変化*Pく0.05;対照群に対して有意の差GHmRNA量は有意に減少した (図 3)｡また､GHRH投与によりGHmRNA量は有意に増加した｡以上の結果から､IGトⅠは下垂体前葉細胞の GHの産生を抑制し､GHRHは促進することが示された｡3738 ? ? ? ? ? ? ‥ ?? ? ???? ??? ?????? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?IGF-I(ng/m])図4 下垂体前葉細胞における IGF-Ⅰ投与によるPOMCmRNAの発現の変化*Pく0.05:対照群に対 して有意の差下垂体前糞細胞におけるPOAJCmRNAJLの変化IGトⅠおよび GH投与による POMCmRNAの産生に及ぼす影響をノーザン解析により調べた｡IGトⅠ投与 (1日間､図 4)およびGH投与 (4日間､図 5)によりPOMCmRNA量は有意に増加した｡以上の結果から､IGF-ⅠおよびGHはともにPOMCの産生を促進することが示された｡下垂体前葉細胞におけるGH受容体 nRNAの発現マウス下垂体前葉におけるGHの標的細胞を明らかにするために､GH受容体 mRNAの発現細胞をjnsjlLlhybridizationにより解析したoあわせて､前葉ホルモンの産生細胞を免疫組織化学的に解析し､GH受容体 mRNAの発現細胞の細胞種を同定した｡GH受容体 mRNAは､前葉細胞の 50%程度の細胞に発現していたが､中葉や後妻には発現細胞は検出できなかった｡前葉においては､ほとんどのGH産生細胞と､一部のプロラクチン産生細胞と液胞刺激ホルモン産生細胞にGH受容体mRNAが検出できた｡使用したマウスGH受容体 cDNAプローブ(pmghr卜1)は､GH結合タンパク質 mRNAも認識することがノーザン解析で明らかになっているので､jnsl'tuhybridizationにより同定されたGH受容体 mRNA発現細胞は､GH結合タンパク質 mRNAを発現する可能性も考えられる｡考察下垂体において IGトⅠが産生され､lmLⅠ受容体ならびに IGトⅠ結合タンパク質が存在するこ? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ? 】 ???? ? ? ??? ??? ? ????? ?GH (pg/ml)0 4 8POMC-■●■■l■●■-●■-■β-Ac伽0 4 8Gfl(畑/m])図5 下垂体前葉細胞における GH投与によるPOMCmRNAの発現の変化叩く0.05;対照群に対して有意の差とから､下垂体由来の IGF-Ⅰが下垂体内で何らかの役割を担っていることは以前より推定されていた｡我々は､マウス下垂体前葉において､GH産生細胞が IGトⅠを産生することや､IGトⅠの受容体が発現 していることは既に報告 してきた(Hondaefa/. , 1998)｡さらに､IGF-Ⅰ投与によりACTH産生細胞のDNA合成が高まることを報告している(Oomizueta/.,1998)｡本研究により､GH産生細胞には､GH受容体 mRNAが検出され､GH受容体を発現していることが示された｡したがって､下垂体前葉細胞で産生,分泌された GHは､自己分泌的または傍分泌的にGH細胞に作用し､IGF-Ⅰの産生を促進することが考えられる｡GH投与によって GHmRNA量には変化はなく､GHの産生には GIは直接には制御しないと考えられる｡しかしながら,IGF-Ⅰ投与によりGHmRNA量は低下したことから,IGトⅠは GHの産生を抑制することがわかった｡GHは IGF-Ⅰの産生 ･分泌を高めることにより､間接的にGHの産生を抑制することが推察される｡IGF-Ⅰ投与は､POMCmRNA発現を高めた｡下垂体前葉においてはPOMCからプロセッシングによりACTHが生成されるので.IGトⅠによりACTHの産生が高まることが示唆される｡GH投与によってもPOMCmRNA発現は高められたが､ACTH産生細胞にはGH受容体は発現しないOしたがって､このGHのPOMC発現促進効果は間接的作用であると考えられる｡GHが IGF-Ⅰの産生を促進するので､GHのPOMCの産生促進作用は､GHにより産生が高まる IGF-Ⅰを介する可能性が示唆される｡このように下垂体 IGF-ⅠはGH遺伝子の発現の抑図 6 下垂体前葉における GH産生細胞とACTH産生細胞の相互作用機構制因子として､また POMC遺伝子の発現の促進因子としてはたらいていると考えられる｡下垂体 GH産生細胞における IGF-Ⅰの産生が､肝臓などの IGF- Ⅰ と同様に GHによって促進されることが明らかになった｡子宮においては発情ホルモンにより IGトⅠの産生が高まることが知られている｡しかしながら､下垂体においては発情ホルモンによる IGトⅠの発現の促進効果は認められず､IGトl遺伝子の転写制御機構に組織による違いがあることが推察される｡下垂体 GH産生細胞由来の IGトⅠが､GH産生細胞自体のみならず ACTH産生細胞の機能を制御する可能性が示された｡マウス下垂体においてはGHが IGトⅠの産生を促進 し､DE‡が抑制した｡GHにより産生が高まった IGF-Ⅰが､GHの発現を抑制すると考えられ､従来から提唱されてきた GHの自己分泌制御機構に､GH産生細胞由来の IGF-Iが関与していることが示唆される｡また､IGF-Iは､POMC､すなわち ACTHの発現を高め､ついでACTHは副腎皮質ホルモンの産生を高める｡さらに､分泌の高まった副腎皮質ホルモンは下垂体IGF-Ⅰの産生を抑えることになる｡このようにGH細胞は IGF-Ⅰを介 して ACTH産生細胞の機能を制御する一方､ACTH細胞は､副腎皮質ホルモンにより間接的にGH細胞機能を制御していることが推察される (図 6)｡まとめ本稿では､GH産生細胞と ACTH産生細胞間に､IGトⅠを介する細胞間情報伝達機構が存在 してPる可能性を示した｡我々は･GH産生細胞に存在する transforminggrow【hfactorα (TGF-α)39が､前葉ホルモンの一つであるプロラクチンの産生細胞のDNA合成･細胞分裂を促進することも明ら か に し て き た (Oomizu ela1., 2000:TakahashielaI.,2002:Sharmaefa1.,2003)oこの例も､GH産生細胞とプロラクチン産生細胞間に､TGトαを介する細胞間情報伝達機構の存在を示唆するものであると考えている｡このように､下垂体で産生されるIGF-1やTGF-αのような成長因子が､自己分泌的または傍分泌的に作用して前葉細胞の増殖や機能を制御し､｢下垂体内制御機構｣の情報伝達分子の役割を果たしていると考えられる｡引用文献Honda,J‥ Takeuchi,S.,Fukamachi,H.andTakahashi,S. Insulin-likegrowthfactor-Ianditsreceptorinmousepituitaryglands.∑ool.S°i.,15:573-579(1998)Honda,J.,Oomizl｣,S.,Kiuchi,Y.,KomatslJ,N.,Takeuchi.S.andTakahashi,S. IdentificationofepidermalgrowthfactormRNA-expressingcells in the mouse anterior pituitary.Neuroendocrinology, 71:155-162(2000)Honda,∫.,Manabe,Y.,Matsumura,R.,Takeuchi,S., Takahashi, S. Insulin-like growthfactor-Iregulatesproopiomelanocortinandgrowthhormonegeneexpressioninthemousepituitarygland.J.Endocrino1.,178:7ト82(2003)Oomizu. S., Takeuchi,S.andTakahashi,S.Stimulatoryeffectsofinsulin-likegrowthfactorlonproliferationofmousepituitarycellsinserum-freeculture.J.Endocrinol‥157:53-62(1998)Oomizu,S.,Honda,J.,Takeuchi,S.,Kakeya,T..Masui, T.andTakahashi, S. Transforminggrowthfactor-αstimulatesproliferationofmammotrophsandcorticotrophsinthemousepituitary∫.Endocrino1.,165:493-501(2000)Schwartz,J. Intercellularcommunicationintheanteriorpituitary.Endoc.Rev.,21:488-513(2000)Sharma,S.,Oomizu,S., Ⅹakeya,T.,Masui,T.,Takeuchj,S.andTakahashi,S.Geneexpressionandthephysiologicalroleoftransforminggrowthfactor-α inthemousepituitary.∑ool.S°i.,20:83-89(2003)Takahashi-S.,Sharma,S..Oomizu,S..Honda,J.andTakeuchi. S. Intrapiluitaryregula-torysystemofmammotropbsinthemouse.Arch.Physiol.Biochem., 110:34-41(2002)

Physiological Roles of Pituitary Insulin-Like Growth Factor I -Intrapituitary Regulatory System-

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