Sensory receptor genes regulating odor-induced fearful behaviors

• Project/Area Number: 16H02591
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Integrative animal science
• Research Institution: Kansai Medical University
• Principal Investigator: KOBAYAKAWA Ko 関西医科大学, 医学部, 准教授 (60466802)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥40,820,000 (Direct Cost: ¥31,400,000、Indirect Cost: ¥9,420,000); Fiscal Year 2018: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2017: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2016: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
• Keywords: 先天的恐怖 / 恐怖臭 / Trpa1 / 嗅覚行動 / 情動 / 嗅覚 / 害獣忌避 / 獣害忌避 / 野生動物忌避 / 行動学

Outline of Final Research Achievements

We revealed that the neuronal pathway starting from specific area in the olfactory epithelium regulates odor-induced innate behavior in mice. Based on this rule, we developed artificial odors termed thiazoline-related fear odors (tFOs), which can induce ultra-potent innate fear behaviors. In this study, we searched for the genes regulating odor-induced innate fear behaviors by a forward genetics screening using tFOs, and identified Trpa1 gene. Using Trpa1 knockout and Trpa1-Cre knockin mice, we revealed that TRPA1 in the trigeminal nerve detects tFOs and the information is transmitted to the spinal trigeminal nucleus to induce innate fearful behaviors.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脳が感覚刺激の意味を判断して行動を制御するメカニズムの多くは未解明である。これまでの私たちの研究により、強力な先天的恐怖行動を誘発する一連の匂い分子「チアゾリン類恐怖臭」が開発された。さらに、本研究によりチアゾリン類恐怖臭を感知して恐怖行動を誘発する受容体遺伝子と神経経路が解明された。ここで初めて確立された匂い刺激（チアゾリン類恐怖臭）と行動を誘発する受容体遺伝子（Trpa1）の組み合わせが脳にどのような情報を伝達しているのかを研究することで、脳の感覚情報処理原理の解明が進むと考えられる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] UT Southwestern(米国)
• [Journal Article] Large-scale forward genetics screening identifies Trpa1 as a chemosensor for predator odor-evoked innate fear behaviors (2018)
  • Author(s): Wang, Y., Cao, L., Lee, C-Y., Matsuo, M., Wu, K., Asher, G., Saitoh, T., Klewe-Nebenius, D., Wang, L., Soya, S., Hasegawa, E., Cherasse, Y., Miyoshi,C., Irukayama, Y., Wang, Z., Sakurai, K., Funato, H., Sakurai, T., Yanagisawa, M., Nagase, H., Kobayakawa, R., Kobayakawa, K., Beutler, B., Liu, Q
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 2041-2041
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04324-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Large-scale forward genetics screening identifies Trpa1 as a chemosensor for predator odor-evoked innate fear behaviors. (2018)
  • Author(s): Wang Y, (著者29人）, Kobayakawa K#, Beutler B#, Liu Q# (# corresponding authors)
  • Journal Title: Nat Comm. Volume: 印刷中
  • NAID: 120007134033
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 先天的恐怖誘導性危機応答モードによる生命保護 (2018)
  • Author(s): 小早川 高
  • Organizer: 生理研研究会『感覚免疫学研究会』
  • Invited
• [Presentation] 先天的と後天的な行動制御メカニズムとその生理学的意義 (2018)
  • Author(s): 小早川 高
  • Organizer: 第１１回北陸合同バイオシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] nnate fear odors orchestrate life-or-death effects in mice. (2018)
  • Author(s): 小早川 高
  • Organizer: 遺伝研研究会「Circuit construction in the mammalian brain (哺乳類脳の機能的神経回路の構築メカニズム)」
  • Invited
• [Presentation] Sensory representations and integrational processing for innate versus learned olfactory behaviors and beyond. (2018)
  • Author(s): Ko Kobayakawa
  • Organizer: 第９５回日本生理学会大会
  • Invited
• [Presentation] 先天的と後天的な嗅覚情報の意味判断と統合処理メカニズム (2018)
  • Author(s): 小早川 高
  • Organizer: 生理学研究会『先天的と後天的なメカニズムの融合による情動・行動の理解と制御』
• [Presentation] Htr2a-expressing cells in the central amygdala control the hierarchy between innate and learned fear (2016)
  • Author(s): Ko Kobayakawa
  • Organizer: Wiring and Functional Principles of Neural Circuit
  • Place of Presentation: San Diego (NSB Auditorium, UC San Diego)
  • Year and Date: 2016-11-17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 匂いが誘発する恐怖行動と生理応答 (2016)
  • Author(s): 小早川 高
  • Organizer: 第10回メタボロームシンポジウム
  • Place of Presentation: 鶴岡(慶應大学鶴岡キャンパス)
  • Year and Date: 2016-10-19
  • Invited
• [Presentation] 先天的と後天的な恐怖情報の統合と行動制御メカニズム (2016)
  • Author(s): 小早川 高
  • Organizer: 生理研研究会『神経回路研究と精神疾患研究の連合による情動機構解明』
  • Place of Presentation: 岡崎(生理学研究所)
  • Year and Date: 2016-10-17
  • Invited
• [Presentation] 先天的と後天的な情動の統合処理メカニズム (2016)
  • Author(s): 小早川 高
  • Organizer: 第9回Symphony
  • Place of Presentation: 東京(ホテルメトロポリタンエドモント)
  • Year and Date: 2016-09-18
  • Invited
• [Presentation] 嗅覚刺激が誘発する恐怖行動と自律神経応答 (2016)
  • Author(s): 小早川 高
  • Organizer: 耳鼻科ニューロサイエンス研究会
  • Place of Presentation: 大阪（ホテルグランヴィア大阪)
  • Year and Date: 2016-08-27
  • Invited