Research Abstract


Serotonergic neurons respond to nutrients and regulate the timing of steroid hormone biosynthesis in Drosophila

2014年12月15日 Nature Communications 5 : 5778 doi: 10.1038/ncomms6778

発生の時間的進行は栄養環境に応じて柔軟に調整されており、こうした調整は生物が生存適応性を高め、繁殖を成功させるのに必須である。ステロイドホルモンは若年期から成年期への移行に重要な役割を担っていて、その生合成は栄養条件に依存して行われるが、基盤となる遺伝的機構には不明な点が多いまだ分かっていない。我々は、キイロショウジョウバエ(Drosophila melanogaster)において、昆虫のステロイドホルモンであるエクジステロイドの生合成が一部のセロトニン産生ニューロンによって調節されていることを報告する。これらのニューロンは、エクジステロイド産生器官である前胸腺(PG)に直接投射していて、口胃神経系と経路を共有している。注目すべきことに、PGに投射している神経突起の形態は栄養条件に応じて変化する。さらに、PGに投射しているニューロンの活性低下あるいはPGでのセロトニンシグナル伝達の活性低下は、発育進行の遅れと強く相関している。今回の結果は、セロトニン産生ニューロンが、ステロイドホルモン生合成のタイミングの適切な調節によって、外部の環境と体内の内分泌系を連動させていることを示唆している。

Yuko Shimada-Niwa & Ryusuke Niwa

Corresponding Authors

島田(丹羽) 裕子
丹羽 隆介
筑波大学 生命環境系

The temporal transition of development is flexibly coordinated in the context of the nutrient environment, and this coordination is essential for organisms to increase their survival fitness and reproductive success. Steroid hormone, a key player of the juvenile-to-adult transition, is biosynthesized in a nutrient-dependent manner; however, the underlying genetic mechanism remains unclear. Here we report that the biosynthesis of insect steroid hormone, ecdysteroid, is regulated by a subset of serotonergic neurons in Drosophila melanogaster. These neurons directly innervate the prothoracic gland (PG), an ecdysteroid-producing organ and share tracts with the stomatogastric nervous system. Interestingly, the projecting neurites morphologically respond to nutrient conditions. Moreover, reduced activity of the PG-innervating neurons or of serotonin signalling in the PG strongly correlates with a delayed developmental transition. Our results suggest that serotonergic neurons form a link between the external environment and the internal endocrine system by adaptively tuning the timing of steroid hormone biosynthesis.