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ゴナドトロピン産生細胞（ゴナドトロピン産生細胞、ゴナドトロフ細胞、デルタ細胞、デルタ好塩基球とも呼ばれる）は、下垂体前葉に存在する内分泌細胞で、ゴナドトロピンを産生する。より具体的には、ゴナドトロフ細胞は、卵胞刺激ホルモン（FSH）や黄体形成ホルモン（LH）などの糖タンパク質ポリペプチドホルモンを産生・分泌する。これらのホルモンは、ゴナドトロピン放出ホルモン（GnRH）の正の刺激によって放出される。[ 1 ]これらのゴナドトロピンは、哺乳類の生殖機能の発達と維持に不可欠である。生殖系の制御は、ゴナドトロフ細胞の電気的活動とシグナル伝達経路、および性ステロイドとパラクリン因子によるゴナドトロピン産生細胞の厳密な調節によって調整されている。[ 2 ]
胚発生中、調節された細胞間相互作用、シグナル伝達経路、および多数の転写因子により、下垂体前葉と下垂体後葉が融合する。下垂体内分泌細胞のうち、性腺刺激ホルモン産生細胞は最後に形成され、機能するようになる。ゼブラフィッシュを用いた研究により、糖タンパク質ωサブユニット（gpa ）および甲状腺刺激ホルモンβ（ tshb）を発現する細胞が性腺刺激ホルモン産生細胞および甲状腺刺激ホルモン産生細胞の前駆細胞であることが明らかになっている。さらに、これらの前駆細胞が最終的に性腺刺激ホルモン産生細胞に分化する際に関与する遺伝子は、sine oculus 1（six1）、eyes absent homolog 1（eya1）、steroidogenic factor 1（sf1）、およびpaired-like homeodomain 1（pitx1）である。[ 3 ]
性腺刺激ホルモン産生細胞が完全に発達して機能するようになると、これらの細胞は下垂体前葉の約15～20%を占め、性腺刺激ホルモン産生細胞は下垂体前葉の他の細胞よりも大きい。性腺刺激ホルモン産生細胞は通常、毛細血管の近くにあり、乳腺刺激ホルモン産生細胞と近接していることから、これら2つの下垂体内分泌細胞間でパラクリン相互作用が存在する可能性が示唆される。性腺刺激ホルモン産生細胞の電子顕微鏡写真では、粗面小胞体が目立ち、膨張した塊を形成しており、ゴルジ装置もはっきりと見える。性腺刺激ホルモン産生細胞内の細胞質顆粒は、FSHとLHの産生に関与している。ほとんどの性腺刺激ホルモン産生細胞の細胞質にはFSHとLHの両方が含まれているが、2つのホルモンのうち一方のみを含む性腺刺激ホルモン産生細胞も存在する。したがって、ゴナドトロピン細胞には2種類の顆粒が存在し、一方は 直径150～250nm、もう一方は 直径350～450nmである。[ 4 ]ゴナドトロピン細胞は、細胞質顆粒が塩基性染色剤に高い親和性を持つため、顕微鏡下で青色または紫色に見える色素を吸収する能力があることから、通常は球状で好塩基性であると説明される。[ 5 ]
ゴナドトロフ細胞は、細胞膜に多数の電位依存性ナトリウム（Na）、カルシウム（Ca）、カリウム（K）、および塩化物（Cl）チャネルを有しており、これらのチャネルは自発的および受容体制御による電気的およびCa2 +シグナル伝達に関与している。これらの電位依存性チャネルの存在により、ゴナドトロフ細胞は電気的に興奮性細胞となり、自発的または刺激によって活動電位を伝播させることができる。ゴナドトロフ細胞の静止膜電位は一般的に-60～-50mVであるが、細胞膜の脱分極が閾値電圧を超えると、ゴナドトロフ細胞は60mVを超える振幅を持つ高く狭い活動電位を発火する。ゴナドトロフ細胞のこの電気的活動は、他の下垂体細胞とは異なり、他の細胞型は通常、振幅の小さい周期的な脱分極電位を示す。ゴナドトロフでは、ナトリウムイオンチャネルがカルシウムイオンチャネルと同時に作用してこれらの活動電位を伝播するか、カルシウムチャネルがゴナドトロフの脱分極に単独で関与する可能性がある。[ 6 ]
ゴナドトロフのこの電気的活動に重要な影響を与える因子の1つは、ゴナドトロピン放出ホルモン（GnRH）です。GnRHは視床下部から放出されるホルモンで、ゴナドトロフにFSHとLHというゴナドトロピンを放出するようにシグナルを送る役割を担っています。GnRHはGタンパク質共役受容体であるゴナドトロピン放出ホルモン受容体（GnRHR）に結合し、ゴナドトロフ細胞膜を過分極させるカルシウムの振動をシグナルします。[ 6 ]このカルシウムイオンの振動は、ゴナドトロフの細胞膜にあるGnRHRへのGnRHの結合によって生じるシグナル伝達カスケードを介して起こります。GnRHRに関連するGタンパク質はGnRHの結合によって活性化され、その結果、細胞膜におけるホスホリパーゼC （PLC）活性が増加します。 PLCはホスファチジルイノシトール-4,5-二リン酸（PIP 2）をイノシトール三リン酸（IP 3）とジアシルグリセロール（DAG）シグナルに切断します。DAGはタンパク質をリン酸化するプロテインキナーゼC（PKC）を活性化し、IP 3は小胞体（ER）膜上のIP 3受容体に結合します。この結合により、ER内に貯蔵されている細胞内カルシウムイオンが放出されます。したがって、このカルシウムイオンの増加は、ゴナドトロフにおけるFSHとLHの合成と分泌のシグナルとなります。 [ 7 ]全体として、ゴナドトロピン細胞内の電気活動とシグナル伝達経路によって活性化されるカルシウムレベルの変動は、生殖系で内分泌機能を果たすゴナドトロピンの合成と放出に寄与します。
ゴナドトロピン産生細胞の内分泌機能は、生殖系に対するゴナドトロピンの作用に由来する。ゴナドトロピン産生細胞によって産生されるゴナドトロピンはFSHとLHであり、これらは共通のαサブユニットと、ホルモンの生物学的活性を付与する特異的なβサブユニットを持つ二量体下垂体糖タンパク質ホルモンである。これらのホルモンはゴナドトロピン産生細胞のERで合成され、その後ゴルジ体を通過する。ゴルジ体複合体内で修飾およびパッケージングされた後、ホルモンは構成的または調節的分泌経路を介して細胞膜に輸送される。調節的経路では、FSHとLHを含む分泌小胞がゴナドトロピン産生細胞の膜に融合し、小胞は電気活動やシグナル伝達経路によるカルシウム濃度の上昇などの特定のシグナルを待って停止し、そのシグナルによってホルモンの分泌が活性化される。[ 8 ]ゴナドトロピンであるFSHとLHは、女性では卵胞形成としても知られる卵胞の発達を、男性では精子の発達を調節します。より具体的には、放出されたFSHは卵巣顆粒膜細胞と精巣セルトリ細胞に作用し、LHは卵巣莢膜細胞と精巣ライディッヒ細胞に作用します。[ 9 ] [ 10 ]これらのホルモンの放出は、GnRHのパルス状分泌によって直接的にシグナルされます。たとえば、低頻度のGnRHパルスはFSHの放出につながり、高頻度のGnRHパルスはLHの放出につながります。したがって、ゴナドトロフからのFSHとLHの制御された放出により、性腺機能の精密な制御が可能になります。[ 1 ]
性腺刺激ホルモンの放出は厳密に制御されており、生理的条件によって変動します。例えば、性腺刺激ホルモンが存在すると、卵巣はホルモンであるエストラジオールを産生・分泌します。エストラジオール濃度の上昇は、月経周期の中期におけるLH濃度の急上昇を負のフィードバック機構によって制御します。これは、性腺刺激ホルモンから放出されるLHがエストラジオールの産生を刺激することを示していますが、エストラジオール産生が急激に増加すると、エストラジオールが再び必要になるまで性腺刺激ホルモンがLHを放出するのを防ぐことで、LH産生を調節します。男性では、LHは精巣のライディッヒ細胞によるテストステロン産生を刺激し、FSHは精子形成を制御します。テストステロンは視床下部と下垂体前葉に作用することで、性腺刺激ホルモンに負のフィードバックを与え、自身の産生も調節します。これらの性ステロイド（エストラジオールとテストステロン）による負のフィードバックは、視床下部からのGnRH分泌の抑制につながり、結果として性腺刺激ホルモン産生細胞からのLH放出が抑制されます。[ 2 ] FSHは、インヒビンなどのパラクリン因子によって選択的に抑制されます。インヒビンAは女性の卵巣顆粒膜細胞から分泌され、インヒビンBは男性の精巣セルトリ細胞から分泌されます。性ステロイドの負のフィードバックと同様に、インヒビンは下垂体性腺刺激ホルモン産生細胞にフィードバックを与え、GnRHによる性腺刺激ホルモン放出の活性化を抑制することでFSHの分泌を減少させます。[ 9 ]性腺刺激ホルモン産生細胞によるさまざまな調節シグナルの統合により、性成熟と生殖機能に対応および制御するための性腺刺激ホルモンの産生と分泌の協調的な制御が実現します。[ 11 ]