研究成果概要

１．離乳期における消化器系および内分泌機能の変化
（主な発表論文 2, 11, 14, 15, 22, 30）

生体には消化管が食餌成分を認識し、下垂体を初めとする種々の内分泌腺に情報を伝達する精巧なシグナル伝達機構が存在する（GI tract-endocrine axis）。離乳期の仔動物においては、食餌が液状のミルクから固形物へ変化する時期であり、消化管は顕著な物理的・化学的変化にさらされる。同時に、これらの変化に対応するための消化管機能や摂取する食餌成分の変化に対応した内分泌機能の変化が生じる。このような離乳期の複雑な消化管-下垂体機能調節系の変化は、GH分泌機能調節系に顕著に認められ、たとえば仔動物へのミルク給与はGH分泌を有意に増大するが、成獣での固形物の摂取は分泌を有意に低減することを明らかにした。

離乳前後のこのような変化は、栄養の水準が変化しても変わることがない。また、ストレスと密接に関係しているホルモンであるACTHの分泌を刺激する因子は、反芻動物の場合バソプレッシンであり、ACTHのみならずGH分泌を刺激する効果を示すことも明らかにした。

２．反芻動物の代謝・内分泌ネットワーク調節因子の探索
（主な発表論文 3, 5, 7, 9, 10, 19, 23, 26）

ルーメン、肝臓、筋肉と脂肪組織間の代謝産物移動

家畜の体内で脂質蓄積、糖脂質代謝と内分泌ネットワークに重要な役割をするアディポカイン（Adipokine）とヘパトカイン（Hepatokine）について生体内で調節機構を明らかにし、黒毛和種牛と乳牛の栄養管理（健全性の向上）への新たな方向性を示す。

３．反芻家畜のルーメン内の恒常性維持に関連する研究
（主な発表論文 1, 4, 6, 8, 16）

ルーメン上毛組織内の恒常性の維持

反芻動物のルーメンは、ヒトやマウスなどの単胃動物と異なり、飼料の発酵に重要な役割を果たしている器官である。特に、仔牛の離乳前後における適切な栄養･飼養管理によるルーメン発達を促すことは重要であり、丈夫なルーメンづくりとは、その容積とともに筋肉層と上皮層（第一胃乳頭・絨毛）の両方を発育させることである。しかしながら、哺乳期と離乳後にルーメン絨毛（上皮層）の分化・形成のプロセスに関する詳細な機構は明らかにされてない。特に、反芻動物のルーメン（特にルーメン上皮組織）発達に関わる関連遺伝子の解析や外因的な因子による制御機構については殆ど研究がなされていない。 そこで、本研究は次世代シーケンサーを用いてウシのルーメン絨毛組織の形成・発達に関連する候補遺伝子を選別し、多様な飼養条件（エピジェネティクス制御）で得られたウシのルーメン絨毛組織において遺伝子の機能と解析を行うものである。これらの研究成果は反芻動物のルーメン絨毛組織の形成、増殖と成長に関する新しい科学的な知見を提供し、反芻動物のルーメン機能の発達が適切に促され、その後の健全な成長と生産性の向上に寄与することができる。

４．体脂肪蓄積と脂肪酸の認識機構と作用機構
（主な発表論文 12, 17, 18, 20, 24, 25, 27, 28, 29）

栄養素のひとつである脂肪酸は分泌機能に対して複雑な作用を示す。まず、脂肪酸刺激は動物のBody massに依存して膵外分泌を増大し、インスリン分泌も増大するが、GH（成長ホルモン）分泌を抑制する。このような作用の発現がトリプシン感受性のタンパク質（GTP結合タンパク質連関型受容体）を介して起こる可能性を、下垂体GH分泌細胞、脂肪細胞および乳腺上皮細胞などを用いて分子生物学的に証明した。また、脂肪細胞の脂肪蓄積や分化を調節する新規な遺伝子を同定し、その作用機構を検討した。さらに、網羅的遺伝子解析によるウシ体脂肪蓄積の分子機構を解明している。

５．遺伝子多型と生産性
（主な発表論文 13, 21））

動物の成長はGHの分泌と作用効果によって決定される。したがって、10ヶ月齢時に市場で売買される黒毛和種牛子牛の成長および将来（約30ヶ月齢）の肥育成績や肉質にGHが顕著な影響を及ぼす。しかし、GH遺伝子には3種類の一塩基置換（突然変異、A、B、C型）が存在するので複雑である。遺伝子型と成長、それを裏付けるGH分泌に相関性が高いことを証明した。また、GH遺伝子多型と食肉生産性との関連性を検討した結果、A型は体重増加や乳汁分泌に優位であり、GH分泌量も大きいこと、一方、C型は筋肉内不飽和脂肪酸含量を増大すること、などを証明した。今後の肉牛肥育法に大きな影響を与える研究である。

主な業績

主な発表論文

  1. 1. Nishihara, K., Suzuki, Y., Kim, D., Roh SG (Corresponding author). 2019. Growth of rumen papillae in weaned calves is associated with lower expression of insulin-like growth factor-binding proteins 2, 3, and 6. Animal Science Journal. 90:1287–1292.
  2. 2. Roh S (Corresponding author), Kimura N, Sakamoto K, Nishihara K, Suzuki K, Katoh K. 2018. Effects of butyrate supplementation in antibiotic‐free milk replacer and starter on growth performance in suckling calves. Animal Science Journal 89:1486-1491.
  3. 3. Nakano M, Suzuki Y, Haga S, Yamauchi E, Kim D, Nishihara K, Nakajima K, Gotoh T, Park S, Baik M, Katoh K, Roh SG (Corresponding author). 2018. Downregulated Angiopoietin-like Peptide 8 Production at Calving Related to Changes in Lipid Metabolism in Dairy Cows. Journal of Animal Science. 96(7):2646-2658. doi: 10.1093/jas/sky162. (Peer reviewed)
  4. 4. Nishihara K, Kato D, Suzuki Y, Kim D, Nakano M, Yajima Y, Haga S, Ishizaki H, Kawahara-Miki R, Kono T, Katoh K, Roh SG (Corresponding author). 2018. Comparative transcriptome analysis of rumen papillae in suckling and weaned Japanese Black calves using RNA sequencing. Journal of Animal Science 96, 2226-2237. doi: 10.1093/jas/skx016. (Peer reviewed
  5. 5. Suzuki Y, Haga S, Nakano M, Ishizaki H, Nakano M, Song SH, Katoh K, Roh SG (Corresponding author). 2016. Postweaning changes in the expression of chemerin and its receptors in calves are associated with the modification of glucose metabolism. Journal of Animal Science 94(11):4600-4610.
  6. 6. Kato D, Suzuki Y, Haga S, So KH, Yamauchi E, Nakano M, Ishizaki H, Choi KC, Katoh K, Roh SG (Corresponding author). 2016. Utilization of digital differential display to identify differentially expressed genes related to rumen development. Animal Science Journal 87: 584–590 (Peer reviewed)
  7. 7. Roh SG (Corresponding author), Suzuki Y, Gotoh T, Tatsumi R, Katoh K. 2016. Physiological roles of adipokines, hepatokines, and myokines in ruminants. Asian-Australian Journal of Animal Science 29(1):1-15. doi: 10.5713/ajas.16.0001R. (Invited review)
  8. 8. Roh SG (Corresponding author), Kato D, Suzuki Y, Haga S. 2016. Comparison of the gene expression of rumen epithelium in pre- and post-weaning young cattle. 家畜栄養生理研究会会報 60(2), 79-84
  9. 9. 鈴木裕、中野美智、芳賀聡、中島恵一、加藤和雄、盧尚建．2015．反芻動物におけるヘパトカインとしてのChemerinとANGPTL8の発現調節．家畜栄養生理研究会会報　59(2):59-68．（査読有）
  10. 10. Suzuki Y, Haga S, Katoh D, So KH, Choi KC, Jung US, Lee HG, Kazuo K, Roh SG (Corresponding author). 2015. Chemerin is a novel regulator of lactogenesis in bovine mammary epithelial cells. Biochemical and Biophysical Research Communications. 466（3）: 283-288 (Peer reviewed) *Co-First Author
  11. 11. Haga S, Nakano M, Ishizaki H, Roh SG, Katoh K. 2015. Expression of α-tocopherol-associated genes and α-tocopherol accumulation in Japanese Black (Wagyu) calves with and without α-tocopherol supplementation. Journal of Animal Science. 93:4048–4057 (Peer reviewed)
  12. 12. So KH, Suzuki Y, Yonekura S, Suzuki Y, Lee CH, Kim SW, Katoh K, Roh SG (Corresponding author). 2015. Soluble extract of soybean fermented with Aspergillus oryzae GB107 inhibits fat accumulation in cultured 3T3-L1 adipocytes. Nutrition Research and Practice. 9(4):439-444 (Peer reviewed)
  13. 13. Yamauchi E, Suzuki Y, So KH, Suzuki K, Katoh K, Roh SG (Corresponding author). 2015. Single Nucleotide Polymorphism in the Coding Region of Bovine Chemerin Gene and Their Associations with Carcass Traits in Japanese Black cattle. Asian-Australian Journal of Animal Science 28(8):1084-1089
  14. 14. Takahashi T, Sato K, Kato S, Yonezawa T, Kobayashi Y, Ohtani Y, Owada S, Aso H, Yamaguchi T, Roh SG, Katoh K. 2014. Increased plasma ghrelin suppresses insulin release in wethers fed with a high protein diet. J Endocrinology 221(3):371-380 (Peer reviewed)
  15. 15. Roh SG (Corresponding Author), Koiwa K, Sato K, Ohtani Y, Takahashi T, Katoh K. 2014. Actions of intravenous injections of AVP and oxytocin on plasma ACTH, GH, insulin, and glucagon concentrations in goats. Animal Science Journal 85(2) :286-292
  16. 16. Kato D, Suzuki Y, Haga S, So KH, Yamauchi E, Nakano M,　Ishizaki H, Choi KC, Katoh K, Roh SG　(Corresponding author). 2015. Utilization of digital differential　display to identify differentially expressed genes related to rumen　development. Animal Science Journal (Accepted)
  17. 17. Yi KJ, So K, Hata Y, Suzuki Y, Kato D, Watanabe K, Aso H, Kasahara Y, Nishimori K, Chen C, Katoh K, Roh SG (Corresponding author). 2015. The regulation of oxytocin receptor gene expression during adipogenesis. J. Neuroendocrinology　27 :335-342 (Peer reviewed)
  18. 18. Kasahara　Y, Sato K, Takayanagi Y, Mizukami H, Ozawa K, Hidema S, So KH, Kawada T, Inoue N, Ikeda I, Roh SG, Itoi K, Nishimori K, 2013. Oxytocin receptor in the hypothalamus is sufficient to rescue normal thermoregulatory function in male oxytocin receptor knockout mice. Endocrinology 154(11):4305-4315 (Peer reviewed)
  19. 19. 鈴木 裕、北山 峻、山内 恵利、宋 相憲、加藤 和雄、盧 尚建. 2013. 反芻動物の糖脂質代謝系におけるChemerinの生理的作用機構と生産性との関連. 家畜栄養生理研究会 57(1):45-54. 査読有り
  20. 20. Suzuki　Y, Song SH, Ardiyanti A, Kato T, So KH, Katoh K, Roh SG (Corresponding Author). 2012. The regulation of chemerin and CMKLR1 genes expression by TNF-α, adiponectin and chemerin analog in bovine differentiated adipocytes. Asian-Australian Journal of Animal Science 25(9) :1316-1321.
  21. 21. Ardiyanti A, Abe T, Tameoka N, Kobayashi E, Shoji N, Suzuki K, Roh SG, Katoh K. 2012. Effects of bovine growth hormone (GH) gene polymorphism on lipogenic genes expression levels in diaphragm tissues of Japanese Black Heifer. Asian-Australian Journal of Animal Science 25(8) :1055-1062.
  22. 22. Kato S, Sato K, Chida H, Roh SG, Ohwada S, Sato S, Guilloteau P, Katoh K. 2011. Effects of sodium-butyrate-supplementation in milk formula on plasma concentrations of GH and insulin, and on rumen papilla development in calves. J. Endocrinology 211 :241-248
  23. 23. Song SH, Fukui K. Nakajima K, Kozakai T, Sasaki S, Roh SG (Corresponding author), Katoh K. 2010. Cloning, expression analysis, and regulatory mechanisms of bovine chemerin and chemerin receptor. Domestic Animal Endocrinology 39(2):97-105.
  24. 24. Roh, S.G. (Corresponding Author), Hong, Y.H., Choi, K.C., Tsuzuki, H., Miyahara, H., Gotoh, C., Iga, T., Suzuki, Y., Song, S.-H., Katoh, K., Wittamer, V., Parmentier, M. and Sasaki, S. 2007. Chemerin - a new adipokine that regulates adipogenesis and lipolysis via its own receptor. Biochem. Biophy. Res. Comm. 362: 1013-1018.
  25. 25. Gotoh C, Hong YH, Iga T, Hishikawa D, Suzuki Y, Song SH, Choi KC, Adachi T, Hirasawa A, Tsujimoto G, Sasaki S, Roh SG (Corresponding author). 2007. The regulation of adipogenesis through GPR120. Biochem. Biophys. Res. Commun. 354(2):591-597.
  26. 26. Roh SG (Corresponding author), Kuno M, Hishikawa D, Hong YH, Katoh K, Obara Y, Hidari H, Sasaki S. 2007. Identification of differentially expressed transcripts in bovine rumen and abomasum using a differential display method. J. Anim. Sci. 85:395-403.
  27. 27. Hong YH, Hishikawa D, Miyahara H, Tsuzuki H, Nishimura Y, Gotoh C, Choi KC, Hokari Y, Takagi Y, Lee HG, Cho KK, Roh SG (Corresponding Author), Sasaki S. 2005. Up-regulation of adipogenin, an adipocyte plasma transmembrane protein, during adipogenesis. Molecular and Cellular Biochemistry 276:133-141.
  28. 28. Hishikawa D, Hong YH, Roh SG (Corresponding Author), Miyahara H, Nishimura Y, Tomimatsu A, Tsuzuki H, Gotoh C, Kuno M, Choi KC, Lee HG, Cho KK, Hidari H, Sasaki S. 2005. Identification of genes expressed differentially in subcutaneous and visceral fat of cattle, pig and mouse. Physiological Genomics 21(3):343-50.
  29. 29. Hong YH, Nishimura Y, Hishikawa D, Tsuzuk, H, Miyahara H, Gotoh C, Choi KC, Fung DD, Chen C, Lee HG, Katoh K, Roh SG (Corresponding Author), Sasaki S. 2005. Acetate and propionate short chain fatty acids stimulate adipogenesis via GPCR43. Endocrinology 146: 5092-5099.
  30. 30. Roh SG, Nie GY, Loneragan K, Gertler A, Chen C. 2001. Direct modification of somatotrope function by long-term leptin treatment of primary cultured ovine pituitary cells. Endocrinology 142:5167-5171.