鳥類胚における母性アンドロゲン代謝の可塑性 - 海南ライトニングファスト株式会社

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8083 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

母親は、非遺伝情報を子に伝達することで子の表現型に影響を与えることができ、これにより、変動する環境において子の発達の軌道を調整するための柔軟なツールが提供されます。母親は、兄弟階層における子の位置に関連して、同じ生殖の試みにおいて自分の資源を差動的に預けることができる。しかし、異なる位置からの胚が母親のシグナルに対する反応において可塑性を示し、母と子の対立を引き起こす可能性があるかどうかはまだ不明である。私たちは、産卵時に二番目に産む卵の母性アンドロゲン濃度が最初に産む卵よりも高い、二回卵を産むカワバト（Columba livia）を用いて、母性アンドロゲンの胚代謝の可塑性を調査した。私たちは実験的に最初の卵のアンドロステンジオンとテストステロンのレベルを二番目の卵に存在するレベルまで上昇させ、3.5日間の孵卵後のアンドロゲンレベルとその主な代謝物（エチオコラノロンと結合型テストステロン）の変化を測定しました。私たちは、アンドロゲンが増加した卵は、産卵順序か初期のアンドロゲンレベル、あるいはその両方に応じて、異なる程度のアンドロゲン代謝を示すことを発見しました。私たちの発見は、胎児が母親のシグナルに応じて母親のアンドロゲンレベルに応じて一定の可塑性を持っていることを示しています。

母親は、遺伝子を介して情報を伝達するだけでなく、栄養素、免疫因子、ホルモンなどの非遺伝的シグナルを伝達することによって、子の発育に影響を与える可能性があります。このような伝達は、環境の変動に対して子の発育軌道と最終的な表現型を調整するツールを母親に提供する母親の環境に依存する可能性があり、いわゆる適応的予期的母親効果によって適応度に貢献します1。過去数十年にわたり、そのような影響は出生前にすでに胚を曝露したり、栄養素やホルモンなどの資源とシグナルの両方を異なって提供することによって卵に供給されることによってすでに発生していることがますます明らかになってきている（昆虫2,3、爬虫類4,5,6、鳥類7,8,9など）および哺乳類10,11)。鳥類における典型的な例は、同じ生殖の試みにおける産卵順序に応じて変化する (多くの場合増加する) アンドロゲンの母親からの伝達です 7。このような変動は、良好な餌条件下では先に産まれた卵を犠牲にして、後に産まれた卵の発育を促進するが、劣悪な餌条件下では後から産まれた卵の初期生存率を低下させ、雛のサイズの減少につながる12,13。

これまでのところ、出生後の段階における母親の役割と母親のホルモンが子供に及ぼす影響を理解することを可能にする広範な研究が蓄積されています。同時に、胚が単に母体シグナルの受動的受信者ではない可能性があることを示す証拠が増えています 14,15。よく知られている例は、母親の生理機能に影響を与える胎盤ホルモンを分泌することで栄養の利用可能性を高め、母親の血糖値と血圧を上昇させることができる人間の胎児の例です16。このようなケースは、母と子の対立の初期の表現として解釈されています17。これは、理論によって予測されるように、状況の合図に応じて胚がどの程度可塑的な反応をするのかという疑問を引き起こします7、14、15、18。

長年にわたる卵生種の記述的および実験的研究により、これらの種の卵黄中には母親由来のホルモンが多量に存在し、子孫の発育に有益なだけでなく有害な影響も広範囲に及ぼすことが判明している7、19、20、21、22、23。、24、25。現在、いくつかの研究で、母親のホルモンを他のホルモンに変換する際の胚の積極的な役割が示されています6、26、27、28、29。このような代謝は、発生の非常に初期の段階ですでに発生しており、重要な生物学的効果をもたらし、エチオコラノロンがニューロステロイドとして機能するなど直接的に機能することもあれば、胚発生中に不活性結合体が活性な遊離型に戻るなど間接的に機能することもあります6。しかし、母親の物質の代謝が、潜在的に表現型の発達を自分自身の最適な適応度に合わせて調整するための、状況の合図に応じた胚による能動的な可塑性反応戦略であるかどうかは不明のままである。

このような可塑性の証拠は、最近、カワラバトの胚 (Columba livia) が産卵順序における位置に応じて母性アンドロゲンの変換率が異なり、変換に必要な酵素が卵によって生成されることを観察したクマールら 29 によって報告された。胚31．この種は二卵性の卵を産み、二番目に産まれた卵には最初に産まれた卵よりもはるかに高い母体アンドロゲンレベルが含まれていますが、両方とも孵化の最初の数日以内に同様に低いレベルに低下しました。その結果、2番目に産まれた卵には、エチオコラノロンや共役ステロイドなどの代謝産物がより多く含まれることになります。これらの結果については、2 つのメカニズムの説明が考えられます。1 つは、初期アンドロゲン曝露の増加に伴って胚がホルモン変換率を増加させるか、または、異なる産卵順序からの胚が、産卵順序における胚の位置を示す母親の合図に従って母親のアンドロゲンを代謝するかのいずれかです。以降、これら 2 つのシナリオを初期レベル依存仮説および敷設順序依存仮説と呼びます。どちらの仮説にも、機能を裏付けるいくつかの証拠があります。同じ種を対象とした研究では、最初の卵の卵黄アンドロゲンが増加すると、ヒナの体重が増加し、したがってヒナの雛内での競争力が増加することが示されました 32。他のいくつかの研究では、テストステロン治療の効果は、産卵順序の異なる位置から孵化したヒナの間で異なることが示されています (キンカチョウ Taeniopygia puttata9; ユリカモメ Larusridibundus12)。さらに、胎児が独自のアンドロゲンを生成する前に、アンドロゲン受容体が胎児に存在することが示されており、これは、シグナルを機能的な結果に変換する、母親のアンドロゲンへの適応の強力な根拠として解釈されている 33。どちらの仮説の証拠も得られれば、胎児が母体のアンドロゲンを代謝する際にどの母体の合図に従っているのかが明らかになり、さらに、異なる状況下での母と子の対立を媒介する可能性がある母体のシグナルに反応する胚の可塑性が示されることになる。

これら 2 つの仮説を解き明かすために、最初の卵のアンドロゲンレベル (アンドロステンジオンとテストステロン) をカワラバトの 2 番目の卵に典型的なレベルまで実験的に上昇させ、その後のアンドロゲンレベルとその主な代謝物 (エチオコラノロンと抱合型テストステロン) の変化を測定しました。 3.5日間の潜伏期間。研究を補足するために、我々はまた、最初の卵と同じ用量のアンドロゲンを2番目の卵に注入した。初期レベルの仮説が正しければ、最初に産んだアンドロゲン処理卵は対照の二番目に産んだ卵と同じように「行動」する一方、二番目に産んだアンドロゲン処理卵は変換率のさらなる増加を示すと予想されました（図1Aを参照）。。しかし、産卵順序に依存する仮説が正しければ、アンドロゲン変換率は産卵順序に依存することになります (図 1B を参照)。さらに、いくつかの代謝産物（結合型テストステロン、結合型エチオコラノロン、エチオコラノロン）を測定し、胚がこれらを初期のアンドロゲンとは異なる割合で生成するかどうかを調べました。これは、胚の可塑性のさらなる証拠となります。

2 つの仮説の概念化。最初に産まれた卵 (白丸) は、2 番目に産まれた卵 (白四角) よりも母親由来のアンドロゲンのレベルが低く、アンドロゲン変換率も低いですが、3.5 日間の発育期間中は同様に低レベルになります。 (A) 初期レベル依存仮説 - 変換率の違いが母親によって卵内に蓄積されたアンドロゲンの初期レベルによって引き起こされる場合、アンドロゲンレベルが増加すると変換率が増加し、その結果、レベルは対照と同様になります。 3.5日発育後の卵。 (B) 産卵順序依存仮説 - 転換率の違いが産卵順序に関連する固有の卵の特性によるものである場合、実験的にアンドロゲンレベルを増加させると (黒の記号)、3.5 日以降に最初に産まれた卵と 2 番目に産まれた卵の両方でアンドロゲンレベルが高くなるはずです。未操作の卵と比較した発育日数。

胚は、オランダのフローニンゲン大学の屋外の鳥小屋 (長さ 45 m × 幅 9.6 m × 高さ 3.75 m) で環境光と温度条件下で自由に飼育された 40 対のカワラバトの卵から採取されました。淡水と食料へのアクセス。餌には、市販のハトの種子 (Kasper 6721 および Kasper 6712)、P40 ビタミンサプリメント (Kasper P40)、および砂の混合物が含まれていました。巣箱（寸法：60cm×50cm×36cm）を鳥小屋の長辺の一方に1m間隔で高さ1.5mに50個設置した。繁殖ボウルを巣箱に置き、巣材を鳥小屋に用意しました。餌と水の入手状況、巣作り、産卵状況を毎日チェックした。すべての動物手順はフローニンゲン大学の動物福祉委員会によって承認され、その委員会のガイドラインに従って実施されました。

すべての巣箱には固定の識別情報が割り当てられ、2019 年 3 月から 6 月まで毎日 12 時と 19 時に 2 回チェックされ、産まれたばかりの最初と 2 番目の卵が収集されました。収集時に、最初に産まれた各卵はダミー卵と置き換えられました。 2 番目の卵を集めた後、ダミーの卵は取り除かれ、鳥に 2 番目の卵を産ませました。採卵当日、卵には固有の卵IDが付けられ、当社の施設内に輸送されます。ここでは、それらの重さを０．１ｇ単位まで測定し、ノギスを使用して長さと幅を０．１ｍｍ単位まで測定し、その後、アンドロゲンまたは対照溶液を注入した（以下を参照）。処理は巣と産卵の順序に関してランダム化されましたが、毎日、卵の半分にはホルモン溶液が注入され、残りの半分には対照溶液が注入されました。注射直後、卵を 37.4℃、相対湿度 55% の孵卵器に置き、12 時間ごとに自動転卵させました (Ova-Easy Advance Series II Digital Cabinet Egg Incubator, Brinsea Products Inc., 704 N Dixie Ave., Titansville, FL 32796–2017 米国）。 3.5 日間の孵卵後、この時点では母親のアンドロゲン代謝がかなりの量で起こっていますが、内因性アンドロゲン産生はまだ始まっていません 24 ので、発育段階を決定するために卵を検卵しました。発育の兆候を示さない卵は未発育卵として識別され、これは産卵時の卵を表すホルモンレベルを持つと考えられました29。残りの卵は発育卵とみなした。すべての卵は、後のホルモン分析のために -20 °C で凍結されました。合計すると、対照群の最初に産んだ卵37個のうち10個と、40代に産んだ卵のうち12個が発育の兆候を示した。アンドロゲン治療グループでは、最初に産んだ卵 42 個のうち 11 個と、最初に産んだ卵 38 個のうち 11 個が適切な発育の兆候を示しました。ホルモン分析には、各治療グループのすべての発育卵と 10 個の未発育卵を使用しました。ホルモン処理は、胚の生存に対して有意な選択効果を引き起こしませんでした (ANOVA、F = 0.02、p = 0.88)。

採取直後、卵を卵ホルダー上に水平に５分間置き、黄身が上に浮くようにした。次に、75% エタノールを含む綿パッドを適用して卵殻を消毒し、中心軸の横約 2 mm の卵殻の上部、空気室に向かって卵の約 3 分の 2 の位置に小さな穴を開けました。次に、ディスポーザブルインスリン注射器（U-100、29G針×12.7mm、BD Micro-Fine）を約15度の角度で穴に挿入し、50μlのごま油（ビヒクル）または50μlのゴマ油（ビヒクル）を注入しました。 144 ng/mL テストステロン (T; 製品番号 86500-1g、Sigma) と 2210 ng/mL アンドロステンジオン (A4; 製品番号 46033-250mg、Sigma) の混合物。これらの濃度は、Kumar et al.29 によって報告されているように、最初に産まれた卵と 2 番目に産まれた卵の間のホルモンレベルの違いに基づいており、したがって最初に産まれた卵の T と A4 の総量が 2 番目に産まれた卵の総量よりも増加します。また、2番目に産んだ卵のTとA4のレベルをこの量で増加させ、TとA4を約1.5倍に増加させました。この増加は平均レベルに標準偏差の 2 倍を加えた範囲内であり 34、胚の発生にとって安全であると考えられます。注射後、Vetbond (3M、米国) を一滴塗布して、卵の殻の穴を塞ぎました。

ホルモンの抽出と分析は Kumar らに従って行われました 29。簡単に言うと、卵を室温で解凍し、卵全体（殻を除く）を均質化しました。各卵について、300 mg のホモジネートをタンデム質量分析法と組み合わせた液体クロマトグラフィー (LC-MS/MS) に使用して、テストステロン、抱合型テストステロン、およびアンドロステンジオンのレベルを測定しました (抱合型アンドロステンジオンは、構造内に遊離ヒドロキシル基があるため、共役することはできません)。一方、600 mg のホモジネートをガスクロマトグラフィーとタンデム質量分析 (GC-MS/MS) を組み合わせて使用し、エチオコラノロンおよび抱合型エチオコラノロンのレベルを測定しました。内部標準 (LC-MS/MS の場合: 50% メタノール中の 30 nmol/L 13C3 標識テストステロン 25 μL、IsoSciences; GC-MS/MS の場合: 100% メタノール中の 6.7 μmol/L 2H5 標識エチオコラノロン 100 μL、 IsoSciences) をサンプルに加え、完全に混合し、平衡化のために室温で 1 時間放置しました。次に、各サンプルを 1 ml のメタノールで 2 回抽出しました。次に、上清を固体 ZnCl2 (LC-MS/MS の場合は 200 mg、GC-MS/MS の場合は 300 mg) が入ったチューブに移し、脂質を沈殿させました。最終溶出液は、LC-MS/MS 用の C18 カラム (#5138775、Aurora Borealis) または GC-MS/MS 用の HLB カートリッジ (#WAT094226、Waters Chromatography BV) を通じて得られました。次に、溶出液を 2 つの等しい部分に分割し、加水分解を行うか行わずに進めました。加水分解の手順により、結合ホルモンが遊離型に脱結合します。したがって、結合体のレベルは、加水分解が進行した部分と加水分解なしで進行した部分の差として計算されました。その後、すべてのサンプルはクロマトグラフィー分離と質量分析のためにフローニンゲン大学医療センターに移されました。検出限界は、遊離型テストステロンについては 0.025 nmol/L、遊離型アンドロステンジオンについては 0.01 nmol/L、遊離型エチオコラノロンについては 1 nmol/L でした。

すべてのデータは、線形混合モデル (LMM) 用のパッケージ lme4 を備えたソフトウェア R (バージョン 4.0.4) で分析されました35。

未発育卵のホルモンレベルのデータには偏った分布がありました（シャピロ検定、p < 0.05）。したがって、マン・ホイットニー U 検定を使用して未発育対照卵とアンドロゲン処理卵のホルモンレベルを比較し、処理の有効性を確認しました。予想通り、これらの未発育卵には欠如しているはずの胚変換によって生成されるエチオコラノロンと抱合型エチオコラノロンのレベルは、ほとんどすべての未発育卵の検出限界未満であったため、これらの分析から除外されました。したがって、T、A4、および抱合型Tのみを分析しました。また、すべての実験グループを未発育卵と発育卵に分けてプールし、t検定を使用して各ホルモンの変化に対する発育の影響を分析しました。

初期孵化中のステロイド動態における胚の積極的な役割を調べ、私たちの2つの仮説を検証するために、未発達および未発達のホルモンレベルでLMM（中心極限定理による正規分布）を用いて私たちの期待（図1）をテストしました。従属変数として発育した卵、発育 (はいまたはいいえ)、卵子の配列 (1 または 2)、治療 (アンドロゲンまたは賦形剤の注射)、予測因子としての発育と卵の配列の相互作用、および発育と治療の相互作用、女性のアイデンティティ (これに等しい)メスは巣箱に対する忠実度が非常に高いため、巣のアイデンティティをランダム切片として、メスのアイデンティティを産卵順序のランダム係数として使用します。卵配列と治療の相互作用は、私たちの興味の対象ではないため（つまり、2 つの仮説で定式化されていないため）、モデルの予測因子として除外しました。

異なるグループ間のホルモン変換速度の潜在的な違いにもかかわらず、3.5 日の孵卵後でも卵のホルモンレベルが異なるかどうかをテストするために、マンホイットニー U 検定を使用しました（データが歪んだ分布を示したため（p < のシャピロ検定）） 0.05))。

胚が、実験グループに応じて、最初に沈着したアンドロゲン（アンドロステンジオン、テストステロン、および抱合型テストステロン）からさまざまな割合の代謝産物に変換される代謝産物の割合にも可塑性を示すかどうかを調べるために、各アンドロゲンのグループごとの平均量を計算しました。未発育卵の (nmol/卵) を求め、それらの合計 (アンドロゲン総量として) を 100% に設定します (補足表 1)。次に、各グループの発育卵のアンドロゲンとその代謝物の割合を計算し、測定されたホルモンの総量の差（減少）が未知の代謝物として割り当てられました（補足表2）。 Kendall の一致係数を使用して、グループ間の差異のパーセンテージを評価しました。 T 検定を事後的に使用して、グループ間の変換されたアンドロゲンと代謝物のパーセンテージの差を比較しました。

予想どおり、発育していない二回目に産んだ対照卵は、発育していない最初に産んだ対照卵と比較して、より高いテストステロンおよびアンドロステンジオンのレベルを示しました（表1）。さらに、アンドロゲン処理により、未発育の最初に産んだ卵のアンドロステンジオンとテストステロンのレベルが効果的に増加し（表1）、二番目に産んだ対照卵のレベルまで増加し、結果として両方の間に有意差はありませんでした（表1）。また、未発育卵のテストステロンおよびアンドロステンジオンのレベルは、アンドロゲン処理した二番目に産んだ卵の方が、二番目に産んだ対照卵よりも高かった（表1）。

アンドロステンジオンとテストステロンの両方のレベルが発生初期に大幅に減少する一方、3 つの代謝産物は明らかに増加したため、我々は Kumar らの発見を再現しました 29 (t 検定、すべて p < 0.001、図 2 も参照)。さらに、アンドロステンジオンとテストステロンの両方の孵卵後のレベルに関して、発育と治療の間に有意な相互作用がありました（表3）。アンドロゲンが増加した卵は、対照卵よりも両方のホルモンを有意に多く代謝したため、初期レベル依存仮説を裏付けています（図2A、 B)。しかし、より急速な代謝にもかかわらず、アンドロステンジオンとテストステロンのレベルが増加した卵は、依然として対照グループよりもこれらのアンドロゲンのレベルが高くなっています（表2）。さらに、テストステロンとアンドロステンジオンの両方について、発生と産卵順序の間の相互作用も重要でした（表3）。初期のホルモン濃度に関係なく、2回目に産まれた卵は最初に産まれた卵よりも多くのテストステロンとアンドロステンジオンを代謝したため、産卵順序依存仮説を支持しています。 (図2B)。しかし、2 回目に産まれた卵では、テストステロンは依然として高かったものの、アンドロステンジオンのレベルは高くありませんでした (表 2)。最後に、アンドロゲン処理した最初に産んだ卵は、二番目に産んだ対照卵と比較して、テストステロンレベルは高かったものの、アンドロステンジオンレベルは同等でした（表2）。

両方とも 3.5 日間孵化した未発育卵と発育卵のホルモンレベル。パネル A ～ E は、全卵中のアンドロステンジオン、テストステロン、エシオコラノロン、抱合型テストステロン、および抱合型エシオコラノロンのレベルを示しています。ボックスの中央のバー、ヒンジ、およびひげは、それぞれ平均値、標準偏差、最小値と最大値を表します。

発生した卵中のアンドロゲンとその代謝物の割合はグループ間で異なりました (Kendall の W = 0.91、p = 0.003、図 3)。事後分析では、変換されたアンドロゲンの割合は、最初に産んだ対照卵よりも二回目に産んだ対照卵の方が高く、最初に産んだ卵ではアンドロゲン処理によって増加したが、興味深いことに、二回目に産んだ卵では増加しなかったことが示された（補足図） .1A）。結合型テストステロンの場合、その割合は最初に産んだ対照卵よりも二回目に産んだ対照卵の方が低かったが、アンドロゲン処理は最初に産んだ卵と二回目に産んだ卵の両方で割合を減少させた（補足図1B）。エシオコラノロンの場合、アンドロゲン処理により最初に産まれた卵の割合は減少しましたが、二番目に産まれた卵では減少しませんでした（補足図1C）。最後に、最初に産んだ対照卵は、二番目に産んだ対照卵よりも未知の代謝物の割合が低かったが、アンドロゲン処理により前者の割合は増加したが、後者の割合は増加しなかった（補足図1E）。

未発育卵に存在する総アンドロゲンに対するホルモンの割合。ファセットは、未発育卵、発育卵の割合、および発育卵と未発育卵の間の変化の割合を示します (負の値は減少を意味し、正の値は増加を意味します)。 1C = 最初に産んだコントロール卵、2C = 2 回目に産んだコントロール卵、1A = 最初に産んだアンドロゲン処理卵、2A = 2 回目に産んだアンドロゲン処理卵。

この研究では、胎児が曝露される母親由来のアンドロゲンとその代謝物の濃度を決定する際、発生の非常に初期の段階で胎児が積極的で状況に依存した役割を果たしているという実験的証拠を提供する。私たちは、発生中のアンドロステンジオンとテストステロンの両方の変換率が卵内のホルモンの初期レベルに依存し、3.5 日間の孵卵後には卵間の初期の差が大幅に減少することを示しました。さらに、アンドロステンジオンとテストステロンの減少は、産卵順序における胚の位置にも依存していました。さらに、アンドロステンジオンとテストステロンが変換される他のホルモンの比率は、初期のアンドロゲンレベルと産卵順序の両方によって異なりました。これらの結果は、ホルモン媒介の母体への影響を理解するために若い胚の役割を調査することの重要性を実証するだけでなく、母体ホルモンがそれ自体に及ぼす生物学的影響の範囲に影響を与えるという胚の積極的な役割も示している。これは、潜在的な母と子の対立における胎児の役割の可能性を提供する可能性がありますが、それにはさらに多くの検査が必要です。

私たちが測定したホルモンは、発生中にさまざまな動態を示しました。これは、異なるホルモン変換に関与する酵素が部分的に異なるという事実によって説明される可能性があります (図 4)。アンドロステンジオンは、17β-HSD が (HSD17B3) テストステロンに変換されるか、(HSD17B2) テストステロンから戻るために必要です 36。エシオコラノロンに変換されるには 3β-HSD に続く 5β-レダクターゼが必要ですが、テストステロンはエシオコラノロンに変換されるに 17β-HSD に続く 5β-レダクターゼ、3α-HSD が必要です 37。これらの変換に関連する酵素は、生後 2 日目のニワトリ胚で発現することができ 24,38、テストステロンなどのホルモンは、自身の変換に関連する酵素活性を上方制御できることはよく知られています 39,40。初期レベルの仮説。一方、硫酸転移酵素/グルクロノシルトランスフェラーゼやスルファターゼ/グルクロニダーゼなどの酵素は、胚発生中のホルモンの結合と脱結合を担っています41。しかし、前者の増加は後者の減少よりも小さかったため、我々が測定した代謝産物の動態は、その上流のアンドロゲン（すなわち、アンドロステンジオンとテストステロン）の動態では説明できません。残りのアンドロゲンがどのような化合物に変換されるかは、まだ解明されていない。

この論文ではホルモン代謝経路を研究しました。矢印は 2 つのホルモン間の変換の方向を示し、数字は変換に必要な酵素を表します。 1 = HSD17B3、2 = HSD17B2、3 = 5β-レダクターゼ、4 = 3α-HSD、5 = 硫酸転移酵素、6 = スルファターゼ、7 = グルクロン酸転移酵素、8 = グルクロニダーゼ。エチオコラノロン硫酸塩およびエチオコラノロングルクロニドは、両方とも共役エチオコラノロンです。同様に、硫酸テストステロンとグルクロニドテストステロンは両方とも結合型テストステロンです。

代謝されるアンドロゲンのパーセンテージがグループ間で異なること、および代謝産物のパーセンテージがグループ間で異なることは、胚が母体のアンドロゲンを代謝する際に可塑性を持っていることを示しました。興味深いことに、最初に産まれた卵ではなく、最初に産まれた卵では、代謝されるアンドロゲンとその未知の代謝物の割合が増加しましたが、エチオコラノロンの割合はアンドロゲン処理によって減少しました（補足表2、補足図1A、C）。これはさらに、次のことを示しています。産卵順序の異なる位置からの胚は、母体のアンドロゲンを代謝する際に異なる戦略を持っている可能性があります。結合体の場合、アンドロゲン処理により、最初に産まれた卵と2番目に産まれた卵の両方で結合型テストステロンと結合型エシオコラノロンの割合が減少しましたが、結合型テストステロンの割合（および絶対レベル）は結合型エシオコラノロンよりもはるかに高かった（補足図1B）。、D）。抱合体間のこの際立った違いについて考えられる説明は、テストステロンに戻すことができない抱合型エチオコラノロンとは異なり、抱合型テストステロンは遊離テストステロンに戻すことができ、さらなるアンドロゲン代謝に関与することができるということです29,41。したがって、胚はテストステロンを結合する能力がより大きい可能性があります。これは、発育した卵では、テストステロンがエチオコラノロンよりもはるかに高い結合型対遊離型の比率を示しているという事実によって裏付けられています（約 10:1 対 1:20、図 2 を参照）。これは、結合型テストステロンが次のように作用する可能性が高いことを示しています。テストステロンの動的緩衝プールですが、エチオコラノロンには当てはまらない可能性があります。

母親のホルモンに対処する胚の積極的な役割は、ホルモンへの曝露をめぐる親と子の対立の進化的結果である可能性があります。冒頭で示したように、母親が高レベルのアンドロゲンを一方の子に他方の子よりも割り当てることは、母親の体力には有益ですが、食料の入手可能性などの状況によっては、どちらの子にも有害となる可能性があります12。これはまだ我々のデータに基づく推測にすぎないが、良好な食条件と劣悪な食条件の両方で実験を再現することは、母親のアンドロゲンの胚代謝の機能的影響を説明するのに関連している可能性がある。

私たちの研究は、状況依存の子孫反応のメカニズムが整備されており、おそらく選択を受けることができることを示しました。しかし、胎児が母親の利益に反して母親のアンドロゲンに対処できるメカニズムについては、2 つの重要な問題についてさらなる研究が必要です。まず、母親の利益に反して提供される関連する文脈を子孫が認識する必要がある。産卵順序に依存する影響については、他のいくつかの鳥類では、産卵位置の異なる卵は卵黄を含む多くの側面で異なるため、産卵中の資源の減少により母親が避けることができない産卵順序にわたる卵組成の変化である可能性があります。アルブミン量、抗体、カロテノイド、ビタミンの量42、43、44。食料の入手可能性など、他の状況に応じた手がかりの場合は、卵に含まれる栄養素の量が考えられます。考えられるもう 1 つの環境的手がかりは、培養温度の違いである可能性があります。多くの場合、親は抱卵が完了する前に、完全な孵化が始まる前に、先に産んだ卵を部分的に孵化し、生存可能な状態に保ち始めます45。ただし、私たちの実験では、すべての卵が保育器内で同じ孵化パターンを経験したため、この要因は結果を説明するために除外できます。

初期レベル依存効果に関して、データは、母体のアンドロゲンの割り当てが増加したにもかかわらず、胚がそれらをすぐに代謝物に変換することを示唆しています。これは 2 番目の重要な問題を引き起こします。それは、これらの代謝産物の生物学的機能をさらに知る必要があるということです。遊離アンドロゲンの共役低極性形態は、遊離極性形態を卵黄環境から水性胚循環に取り込むために必要であり、その後それらは胚の標的組織内で脱共役されることが示唆されている 46,47 。また、エチオコラノロンは赤血球生成に影響を与える可能性があり、それによって胚の発育が促進される可能性があります28、48、49、50。さらに、最近のレビューでは、エチオコラノロンが神経ステロイドとして作用する可能性があることが示されました 30。代謝産物がどの程度生物学的に活性であるか、そして最終的な表現型に影響を与える効果がどの程度異なるかについては、さらなる研究が必要です。それにもかかわらず、2番目の卵子またはホルモン処理された卵子における母性ホルモンの変換率が増加したにもかかわらず、いくつかのケースでは、孵化前の卵子間の初期の差ははるかに大きかったにもかかわらず、3.5日の孵化後でも卵は依然としてこれらのホルモンのレベルがいくらか高かった。。これは、進化の過程で母親と子孫が妥協点に達したことを示唆している可能性があり、母親が依然として最初の卵に比べてより高いレベルのアンドロゲンを2番目の卵に割り当て、この差が胚によって完全に減少する理由を説明しています。いずれにせよ、初期の強力な代謝は、産まれたばかりの卵に含まれる高レベルのアンドロゲンが、孵卵期間全体にわたって徐々に取り込まれる源として機能しないことを示しています45、47、51。

結論として、この研究は、発生中の胚が、すでに発生の初期段階で状況に依存した方法で母体のアンドロゲンを調節できる可能性があることを示唆しています。ホルモン媒介性母体への影響についての基本的な洞察を提供することに加えて、我々の発見は、卵子配列や、卵子の組成や孵化パターンに影響を与える可能性のあるその他の状況要因によって結果が異なる可能性があるため、卵内アンドロゲン注入研究の矛盾を説明できる可能性がある52。この研究は、ホルモン媒介の母体への影響における興味深い新たな複雑性を示しており、おそらく母体の利益とは無関係に、胚が母体へのインプットをどの程度調節し、最適化できるかを理解することの重要性を強調しているが、それにはさらに多くの試験が必要である。

データは電子補足資料として入手できます。

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保育器の使用方法について指導していただいた Gerard Overkamp に感謝します。また、フローニンゲン進化生命科学研究所の動物施設の動物管理者のロビン・クレマー氏とサスキア・ヘルダー氏に感謝します。私たちは、この研究が ARRIVE ガイドラインに従って報告されていることを宣言します。

この研究は、フローニンゲン大学から Ton Groothuis への助成金番号 190140118 によって資金提供されました。

フローニンゲン進化生命科学研究所、フローニンゲン大学、フローニンゲン、オランダ

Yuqi Wang、Bernd Riedstra、Bonnie de Vries & Ton Groothuis

フローニンゲン大学医療センター、フローニンゲン大学、フローニンゲン、オランダ

マルティン・ファン・ファーセン、アレ・プランジャー、イド・ケマ

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YW は主な実験と統計分析を実行し、原稿の最初のバージョンを起草しました。 BV はホルモン溶液の調製とホルモン抽出を支援しました。 IK は、LC-および GC-MS/MS 分析を実行する MF および AP の組織および監督に貢献しました。 YW、BR、TG は原稿の設計、分析、解釈、編集に等しく参加し、貢献しました。

Yuqi Wang への通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

Wang, Y.、Riedstra, B.、de Vries, B. 他。鳥類の胚における母性アンドロゲンの代謝における可塑性。 Sci Rep 13、8083 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-35340-z

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受信日: 2022 年 10 月 26 日

受理日: 2023 年 5 月 16 日

公開日: 2023 年 5 月 18 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35340-z

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