개체 사이의 사회적 상호작용은 인간을 포함한 대부분의 척추동물의 적절한 성성숙 및 번식활동을 위하여 중요한 과정이므로, 행동양식을 결정하는 조절인자들은 뇌를 포함한 중추신경계에 분포하고 있으며, 이 신호들을 조절하는 신경내분비계는 척추동물 내에서 잘 보존되어 있다. 척추동물 경골어류의 번식현상은 다양한 환경적, 계절적, 사회적 요소들에 의해 많은 영향을 받지만, 궁극적으로는 이러한 요소들의 자극이 뇌에서 통합되며, 뇌-뇌하수체-생식소 축에 의해서 번식활동이 제어된다. 이러한 신호 전달은 뇌의 시상하부 preoptic 지역에 위치한 생식선자극호르몬방출호르몬(GnRH1) 함유 뉴런에 의해 시작되며, 축삭이 뇌하수체 생식선자극호르몬 생산세포로 투사되어 1차적으로 생식선의 성장과 스테로이드 호르몬 생산을 조절한다. 경골어류의 일부 종은 성적 가소성이 현저하며, 사회적 계급 사회를 형성하는 흥미로운 지견을 제공한다. 아프리칸 시크리드 Astatotilapia burtoni 수컷 성어들의 소수 지배계급층(Territorial dominant, T)은 번식능력이 있으며, 공격적이고 고유 수역에 대한 보호본능이 있지만, 나머지 피지배계급층(Non-territorial subordinate, NT) 수컷들은 번식능력도 없으며, 보호본능을 상실한다. 그러나, NT와 T는 수 시간~수 일 이내에 변화되며, 충분히 가역적이다. 가장 현저한 변화는 4일 이내에 GnRH1 뉴런 세포체의 체적이 크게 변화하는 것이다. 그러나, 이 세포크기의 변화를 유도하며, 결과적으로 GnRH1 뉴런의 신경내분비학적 활성을 조절하는 분자는 현재 알려져 있지 않지만, GnRH1 세포 크기를 조절하는 후보의 하나로서 세포체 크기, 수상돌기의 국소적 단백질 합성, 축삭의 성장, 시냅스 가소성을 결정하는 역할을 담당한다고 알려진 serine-threonine protein kinase에 속하는 TOR(target of rapamycin)가 추정된다. 포유동물의 mTOR는 세포 성장과 시냅스 가소성을 통제하는 기능이 시사되었지만, 포유동물 이외에는 그 기능이 잘 알려져 있지 않다. 또한, GnRH 뉴런과 같은 신경내분비세포의 세포크기를 조절하는지는 불명확하다. 본 연구에서는 GnRH1 뉴런의 세포의 크기에 영향을 미치는 분자로 추정되는 mTOR 억제자로 알려진 rapamycin을 T 수컷의 제3뇌실에 주사하여 9개의 대표적인 번식관련 행동, GnRH1 뉴런의 세포형태, 정소의 생식세포에 미치는 영향을 분석하였다. Rapamycin 주사 14시간 후에는 대조군에 비해 상대적으로 번식관련 행동의 빈도수가 낮게 관찰되는 경향을 보였다. 한편, 36시간 후에는 번식행동의 패턴은 주사하기 전의 패턴과 유사한 상태로 회복되는 현상이 관찰되었다. H/E염색과 광학현미경으로 정소를 관찰한 결과, 정소세포 및 정자의 분포와 발달상에는 큰 차이가 없었다. 현재, Rapamycin 주입에 의한 GnRH1 뉴런의 변화를 관찰하고 있으며, T 수컷의 번식행동 패턴의 변화와의 상관관계를 조사하고 있다.

In mammals, puberty is a dynamic transition process from infertile immature state to fertile adult state. The neuroendocrine aspect of puberty is started with functional activation of hypothalamus-pituitary-gonadal hormone axis. The timing of puberty can be altered by many factors including hormones and/or hormone-like materials, social cues and metabolic signals. For a long time, attainment of a particular body weight or percentage of body fat has been thought as crucial determinant of puberty onset. However, the precise effect of high-fat (HF) diet on the regulation of hypothalamic GnRH neuron during prepubertal period has not been fully elucidated yet. The present study was undertaken to test the effect of a HF diet on the puberty onset and hypothalamic gene expressions in immature female rats. The HF diet (45% energy from fat, HF group) was applied to female rats from weaning to around puberty onset (postnatal days, PND 22-40). Body weight and vaginal opening (VO) were checked daily during the entire feeding period. In the second experiment, all animals were sacrificed on PND 36 to measure the weights of reproductive tissues. Histological studies were performed to assess the effect of HF diet feeding on the structural alterations in the reproductive tissues. To determine the transcriptional changes of reproductive hormone-related genes in hypothalamus, total RNAs were extracted and applied to the semi-quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Body weights of HF group animals tend to be higher than those of control animals between PND 22 and PND 31, and significant differences were observed PND 32, PND 34, PND 35 and PND 36 (p<0.05). Advanced VO was shown in the HF group (PND p<0.001) compared to the control (PND ). The weight of ovaries (p<0.01) and uteri (p<0.05) from HF group animals significantly increased when compared to those from control animals. Corpora lutea were observed in the ovaries from the HF group animals but not in control ovaries. Similarly, hypertrophy of luminal and glandular uterine epithelia was found only in the HF group animals. In the semi-quantitative RT-PCR studies, the transcriptional activities of KiSS-1 in HF group animals were significantly higher than those from the control animals (p<0.001). Likewise, the mRNA levels of GnRH (p<0.05) were significantly elevated in HF group animals. The present study indicated that the feeding HF diet during the post-weaning period activates the upstream modulators of gonadotropin such as GnRH and KiSS-1 in hypothalamus, resulting early onset of puberty in immature female rats.