嗅覚の神経回路形成の分子機構

• Project/Area Number: 12053264
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 平田 たつみ 国立遺伝学研究所, 総合遺伝研究系, 助教授 (80260587)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川崎 能彦 国立遺伝学研究所, 総合遺伝研究系, 助手 (00322751)
• Project Period (FY): 2000 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥62,200,000 (Direct Cost: ¥62,200,000); Fiscal Year 2004: ¥10,100,000 (Direct Cost: ¥10,100,000); Fiscal Year 2003: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥10,400,000); Fiscal Year 2002: ¥20,300,000 (Direct Cost: ¥20,300,000); Fiscal Year 2001: ¥10,600,000 (Direct Cost: ¥10,600,000); Fiscal Year 2000: ¥10,800,000 (Direct Cost: ¥10,800,000)
• Keywords: 嗅覚系 / 糸球体 / コンピュータシミュレーション / 活動依存的自己組織化モデル / 軸索投射 / c-kitチロシンキナーゼ / 発生 / マウス / 神経回路 / 軸索伸長 / 神経 / 細胞骨格 / 成長円錐 / 嗅索 / lot細胞 / 細胞移動 / 神経発生 / 新皮質 / 領域形成

Research Abstract

大気中の匂い分子は嗅細胞の発現する匂い受容体により認識される。マウスでは約1000種の匂い受容体の遺伝子が存在するが、個々の嗅細胞はこのなかから1種類をのみを選んで発現する事が知られている。同じ匂い受容体を発現する嗅細胞は嗅上皮上では散在しているが、その軸索は収束して同一の糸球体へと投射する。結果として、嗅球表面には匂い受容体の種類によって特徴づけられる糸球体の地図ができあがる。嗅神経の投射において、匂い受容体自身が非常に重要な働きをすることがわかっている。たとえば、ある匂い受容体遺伝子座に別の受容体を組み替えてやると、その遺伝子を発現した軸索は、元々の受容体とも新しく獲得した受容体とも異なる第3の糸球体に収束すると報告されている。
嗅神経投射において、嗅細胞の神経活動が関与するか否かについては大きな論争がある。そこで、Hebb型学習則に基づく活動依存的神経回路モデルを用いて嗅神経投射のシミュレーションを行い、現在までに示されている実験データをどこまで説明できるか検討した。一般的に軸索投射は大まかには活動非依存的にガイドされ、活動依存的に最終的な調整が行われると考えられている。本研究ではその考えを基に、活動依存的な嗅神経相互作用が働く範囲を48 x 48の格子内に限定し、その中で16種類の匂い受容体を発現する嗅細胞の軸索が相互作用する様子を、Tanakaの自己組織化モデルを用いてシミュレートした。その結果、仮想匂い分子の刺激により、同じ受容体を発現する嗅細胞が糸球体様構造に収束することが示された。さらに、匂い受容体欠損マウスにおける嗅神経投射のパターンや、トランスジェニックマウス等で遺伝子改変した匂い受容体遺伝子アレルを発現する軸索の分離など、多くの実験結果をこのモデルによりうまく再現することができた。

Research Products

• [Journal Article] Chronotopic organization of olfactory bulb axons in the lateral olfactory tract (2004)
  • Author(s): Yamatani H, Sato Y, Fujisawa H, Hirata T
  • Journal Title: J.Comp.Neurol. 475 Pages: 247-260
• [Journal Article] Theoretical consideration of olfactory axon projection with an activity-dependent neural network model (2004)
  • Author(s): Tozaki H, Tanaka S, Hirata T.
  • Journal Title: Mol.Cell.Neurosci. 26 Pages: 503-517
• [Journal Article] Systematic screening and identification of the antigens recognized by monoclonal antibodies raised against the developing lateral olfactory tract (2004)
  • Author(s): Kawasaki T, Takagi T, Yamatani H, Hirata T.
  • Journal Title: J.Neurobiol 62 Pages: 330-340
• [Journal Article] Development of the amygdalohypothalamic projection in the mouse embryonic forebrain (2004)
  • Author(s): Aizawa H, Sato Y, Maekawa M, Fujisawa H, Hirata T, Yuasa S.
  • Journal Title: Anat.Embryol. 208 Pages: 249-264
• [Publications] Yamatani, H., Sato, Y., Fujisawa, H., Hirata, T.: "Chronotopic Organization of Olfactory Bulb Axons in the Lateral Olfactory Tract."J.Comp.Neurol.. in press. (2004)
• [Publications] Tozaki, H., Kawasaki, T., Takagi, Y., Hirata, T.: "Expression of Nogo protein by growing axons in the developing nervous system"Mol.Brain Res.. 104. 111-119 (2002)
• [Publications] Hirata, T., Nomura, T., Takagi, Y., Sato, Y., Tomioka, N., Fujisawa, H., Osumi, N.: "Mosaic development of the olfactory cortex with Pax6-dependent and -independent components"Dev.Brain Res.. 136. 17-26 (2002)
• [Publications] T. Hirata, H. Fujisawa, J. Y. Wu, Y. Rao: "Short-range guidance of olfactory bulb axons is independent of repulsive factor slit"J. Neurosci... 21. 2373-2379 (2001)
• [Publications] T. Hirata, T. Nomura, Y. Takagi, Y. Sato, N. Tomioka, H. Fujisawa, N. Osumi: "Mosaic development of the olfactory cortex with Pax6-dependent and -independent components"Dev. Brain Res.. (in press). (2002)
• [Publications] H. Tozaki, T. Kawasaki, Y. Takagi, T. Hirata: "Expression of Nogo protein by growing axons in the developing nervous system"Mol. Brain Res.. (in press). (2002)
• [Publications] Tomioka et al.: "Neocortical origin and tangential migration of guidepost neurons in the lateral olfactory tract"J.Neurosci.. 20. 5802-5812 (2000)
• [Publications] T.Hirata et al.: "Short-range guidance of olfactory bulb axons is independent of repulsive factor slit."J.Neurosci. (in press). (2001)
• [Publications] 平田たつみ: "終脳における神経細胞の移動と領域特異化"細胞工学. (印刷中). (2001)