組織特異的遺伝子制御は、女性のテストステロンの季節的可塑性に対応している

Tissue-specific gene regulation corresponds with seasonal plasticity in female testosterone.

• Alexandra B Bentz
• Emma K Dossey
• Kimberly A Rosvall

抄録

テストステロン（T）は、しばしば季節的に変化し、領土攻撃性と親のケアの間のトレードオフを仲介する性ステロイドホルモンです。これまでの研究では、Tのこの季節的な可塑性の「トップダウン」視床下部の制御に重要な洞察を提供してきたが、脳外で作用するメカニズムもまた、循環Tレベルに影響を与える可能性がある。ここでは、季節を比較するアプローチを用いてこの仮説の検証を開始し、激しい雌雄競争とTを媒介する攻撃性を持つツバメ（Tachycineta bicolor）の末梢組織における遺伝子発現を測定した。Tの産生と代謝における役割について生殖腺と肝臓に着目し、縄張り確立期と孵化期に捕獲された雌を対比させた。縄張り形成期は、Tレベルが最も高い時期であり、肝内ステロイド代謝酵素CYP2C19の遺伝子発現が上昇し、卵巣ステロイド生成酵素（アンドロゲン5αリダクターゼなど）の発現も上昇していることがわかった。このようなステロイド経路に沿った遺伝子発現の季節的変化にもかかわらず、黄体化ホルモン受容体の卵巣mRNA量として測定された上流シグナルに対する感度の季節的変化は観察されませんでした。これらのデータは、卵巣におけるステロイド原性遺伝子発現の差動調節が、女性のTレベルの季節的変化に潜在的に主要な寄与をしていることを示唆している。さらに、これらのデータは、組織特異的な遺伝子制御と女性のホルモン可塑性におけるその潜在的な役割について、ユニークで生物学的な垣間見ることができます。

Testosterone (T) is a sex steroid hormone that often varies seasonally and mediates trade-offs between territorial aggression and parental care. Prior work has provided key insights into the 'top-down' hypothalamic control of this seasonal plasticity in T, yet mechanisms acting outside of the brain may also influence circulating T levels. We hypothesized that peripheral mechanisms may be especially critical for females, because peripheral regulation may mitigate the costs of systemically elevated T. Here, we begin to test this hypothesis using a seasonal comparative approach, measuring gene expression in peripheral tissues in tree swallows (Tachycineta bicolor), a songbird with intense female-female competition and T-mediated aggression. We focused on the gonad and liver for their role in T production and metabolism, respectively, and we contrasted females captured during territory establishment versus incubation. During territory establishment, when T levels are highest, we found elevated gene expression of the hepatic steroid metabolizing enzyme CYP2C19 along with several ovarian steroidogenic enzymes, including the androgenic 5α-reductase. Despite these seasonal changes in gene expression along the steroidogenic pathway, we did not observe seasonal changes in sensitivity to upstream signals, measured as ovarian mRNA abundance of luteinizing hormone receptor. Together, these data suggest that differential regulation of steroidogenic gene expression in the ovary is a potentially major contributor to seasonal changes in T levels in females. Furthermore, these data provide a unique and organismal glimpse into tissue-specific gene regulation and its potential role in hormonal plasticity in females.

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