ヤツメウナギ初期視覚系の機能分析による脊椎動物の原始的視覚系の構造と機能の解明

• Project/Area Number: 18J00045
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Evolutionary biology
• Research Institution: Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences
• Principal Investigator: 鈴木 大地 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: ヤツメウナギ / CRISPR-Cas9ノックイン / in vivo神経活動記録 / ゲノム編集 / CRISPR-Cas9 / ノックイン / in vivo パッチクランプ法

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、ヤツメウナギ初期視覚系の機能分析から脊椎動物の原始的視覚系を解明することである。具体的には、①CRISPR-Cas9ノックインと②in vivo神経活動記録技術を組み合わせ、神経回路の構造から推定されたこの神経回路モデルを神経生理学的に検証することを課題とする。
本研究の成果として、まず①CRISPR-Cas9ノックイン技術の確立に成功したことが特筆に値する。ヤツメウナギに対するCRISPR-Cas9技術の適用は、これまでノックアウトの報告はあったものの、ノックインの報告はなかった。本研究を通して、脊索マーカー遺伝子のBraや筋細胞マーカー遺伝子のMA2を発現する細胞特異的にレポーター遺伝子（GFP）の発現の誘導に成功しただけでなく、発展的な実験として、SoxE3発現細胞すなわち神経堤細胞特異的にDendra2を発現させる個体の作出に成功し、紫外光による光変換を利用した細胞系譜トレースが可能となった。本手法は、カルシウムセンサータンパク（GCaMP）やチャネルロドプシンの導入などによるカルシウムイメージングや光遺伝学への応用も期待される。
また②in vivo神経活動記録技術の確立についても、ゼブラフィッシュ幼生の神経生理学で用いられている手法をヤツメウナギ初期幼生に応用することで、蛍光デキストランによって可視化した内側縦束核ニューロンの電気活動をon-cellパッチクランプ法によって記録できた。ただし安定的なデータの取得には至っておらず、sharp electrodeによる細胞内記録も含め、手法のさらなる洗練が期待される。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カロリンスカ研究所(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] カロリンスカ研究所(スウェーデン)
• [Journal Article] Homology thinking reconciles the conceptual conflict between typological and population thinking (2021)
  • Author(s): Suzuki Daichi G.
  • Journal Title: Biology & Philosophy Volume: 36 Issue: 2 Pages: 23-23
  • DOI: 10.1007/s10539-021-09800-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of the lamprey velum and implications for the evolution of the vertebrate jaw (2020)
  • Author(s): Yokoyama Hiromasa、Yoshimura Miho、Suzuki Daichi G.、Higashiyama Hiroki、Wada Hiroshi
  • Journal Title: Developmental Dynamics Volume: 250 Issue: 1 Pages: 88-98
  • DOI: 10.1002/dvdy.243
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The role of the optic tectum for visually evoked orienting and evasive movements (2019)
  • Author(s): Daichi G. Suzuki, Juan Perez-Fernandez, Tobias Wibble, Andreas A. Kardamakis, Sten Grillner
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 116 Issue: 30 Pages: 15272-15281
  • DOI: 10.1073/pnas.1907962116
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The stepwise development of the lamprey visual system and its evolutionary implications (2018)
  • Author(s): Daichi G. Suzuki、Grillner Sten
  • Journal Title: Biological Reviews Volume: 93 Issue: 3 Pages: 1461-1477
  • DOI: 10.1111/brv.12403
• [Presentation] The evolutionary origin of the vertebrate brain: with special reference to the visual system (2019)
  • Author(s): Daichi G. Suzuki
  • Organizer: Japanese Society of Developmental Biologists
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The evolution of the vertebrate visual decision-making (2019)
  • Author(s): 鈴木 大地
  • Organizer: 日本動物学会
• [Presentation] ヤツメウナギ胚における CRISPR-Cas9 ノックイン技術の確立 (2019)
  • Author(s): 鈴木 大地、東島 眞一
  • Organizer: 日本動物学会
• [Presentation] The evolutionary transition to the vertebrate brain (2019)
  • Author(s): 鈴木 大地
  • Organizer: 日本比較生理生化学会
  • Invited
• [Presentation] Neuro-evo-devo on consciousness: A perspective (2018)
  • Author(s): Daichi G. Suzuki
  • Organizer: The 1st AsiaEvo Conference,
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 行動の選択メカニズムの進化：ヤツメウナギの視覚行動から (2018)
  • Author(s): 鈴木 大地、Sten Grillner
  • Organizer: 日本進化学会
• [Presentation] 原意識の進化に迫るための見取り図 (2018)
  • Author(s): 鈴木 大地
  • Organizer: 科学基礎論学会
  • Invited
• [Presentation] 鈴木 大地、Sten Grillner (2018)
  • Author(s): ヤツメウナギ成体の視覚行動を制御する神経メカニズム
  • Organizer: 日本動物学会 中部支部大会
• [Presentation] Possible conceptual and empirical contributions of EvoDevo to consciousness studies (2018)
  • Author(s): Daichi G. Suzuki
  • Organizer: Consciousness Research Network (CoRN)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 外眼筋からの視点：進化可能性と頭部分節性 (2018)
  • Author(s): 鈴木 大地
  • Organizer: 日本解剖学会
  • Invited