行動中マウスの膜電位イメージングによる能動的嗅覚受容機構の解明

• Project/Area Number: 18J00899
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 稲垣 成矩 九州大学, 医学研究院, 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: 嗅覚 / 嗅神経細胞 / 抑制性応答 / 拮抗作用 / 相乗効果

Outline of Annual Research Achievements

匂い認識の第一段階は、嗅神経細胞による匂い分子の識別である。個々の嗅神経細胞ではそれぞれただ一種類の嗅覚受容体が発現しており、匂い分子との親和性を反映した組み合わせコードとして、匂い情報が読み取られる。従来、混合臭に対する嗅神経細胞の応答は、個々の匂い成分に対する応答の線形的な足し算になると考えられてきた。しかしながら前年度、報告者は、高感度な計測手法である二光子蛍光カルシウムイメージングを用いることで、実際には混合臭に対する応答が拮抗的に抑制される“拮抗作用”や、相乗的に増強される“相乗効果”が生じることを見いだした。
そこで当該年度では、引き続き嗅神経細胞の匂い応答を計測することで、混合臭に対する非線形応答の法則性を明らかにすることを目指した。その結果、高濃度の混合臭(3% v/v)をマウスに嗅がせたところ、相乗効果はほとんど確認できなかったのに対し、拮抗作用は最大16％の細胞において確認された。また逆に低濃度の混合臭(0.3% v/v)では、拮抗作用はほとんど確認されなかったのに対し、相乗効果は最大28％の細胞において確認された。
以上の実験から、混合臭の濃度によっては、拮抗作用と相乗効果が偏って生じる傾向にあることが明らかとなった。拮抗作用は、匂い分子が拮抗阻害薬として機能する稀な現象として、過去に何例か報告されていたが、本研究によってはじめて生体内で広く見られる現象であることが明らかになった。一方で、相乗効果に関しては、本研究によって発見された全く未知の現象であるため、今後、詳細な分子メカニズムを調べる必要があるだろう。最終的に、本研究における三年間の成果はCell Reports誌に掲載され、新聞等で広く紹介されるに至った。

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

• [Journal Article] In vivo Optical Access to Olfactory Sensory Neurons in the Mouse Olfactory Epithelium (2021)
  • Author(s): Inagaki Shigenori、Imai Takeshi
  • Journal Title: bio-protocol Volume: -
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 嗅神経細胞のin vivoカルシウムイメージングによって見いだされた多様な匂い応答様式 (2021)
  • Author(s): 稲垣成矩, 今井猛
  • Journal Title: Aroma Research Volume: 22(1) Pages: 10-12
  • NAID: 40022506574
• [Journal Article] Widespread Inhibition, Antagonism, and Synergy in Mouse Olfactory Sensory Neurons In?Vivo (2020)
  • Author(s): Inagaki Shigenori、Iwata Ryo、Iwamoto Masakazu、Imai Takeshi
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 31 Issue: 13 Pages: 107814-107814
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107814
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of a Wireless Brain Activity Recording Method Based on Bioluminescence (2020)
  • Author(s): INAGAKI Shigenori、AGETSUMA Masakazu、NAGAI Takeharu
  • Journal Title: Seibutsu Butsuri Volume: 60 Issue: 2 Pages: 117-120
  • DOI: 10.2142/biophys.60.117
  • NAID: 130007818355
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Imaging local brain activity of multiple freely moving mice sharing the same environment (2019)
  • Author(s): Inagaki Shigenori、Agetsuma Masakazu、Ohara Shinya、Iijima Toshio、Yokota Hideo、Wazawa Tetsuichi、Arai Yoshiyuki、Nagai Takeharu
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 7460-7460
  • DOI: 10.1038/s41598-019-43897-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Widespread inhibition, antagonism, and synergy in mouse olfactory sensory neurons in vivo (2019)
  • Author(s): Inagaki S, Iwata R, Iwamoto M, Imai T.
  • Journal Title: bioRxiv Volume: 0 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1101/803908
  • Open Access
• [Journal Article] 細胞・個体イメージング用光学プローブの開発 (2019)
  • Author(s): 鈴 木 和 志 ・稲 垣 成 矩 ・松 田 知 己 ・永 井 健 治
  • Journal Title: 化学工業 Volume: 70 Pages: 106-114
• [Journal Article] 発光膜電位プローブを用いた脳活動計測 (2019)
  • Author(s): 稲垣 成矩・永井 健治
  • Journal Title: 羊土社 実験医学別冊 発光イメージング実験ガイド Volume: 別冊 Pages: 106-114
• [Journal Article] 化学発光と蛍光（ナノ・ランタン） (2018)
  • Author(s): 鈴木和志・稲垣成矩・松田知己・永井健治
  • Journal Title: 再生医療 Volume: Vol.17 No.2 Pages: 28-33
• [Journal Article] 63. 蛍光タンパク質 vi. 脳活動計測のための膜電位プローブ (2018)
  • Author(s): 稲垣成矩・揚妻正和・永井健治
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 36, 20 Pages: 162-164
• [Presentation] Widespread inhibition and modulation in mouse olfactory sensory neurons in vivo (2020)
  • Author(s): Inagaki Shigenori、Iwata Ryo、Imai Takeshi
  • Organizer: 第43回日本神経科学会年会
• [Presentation] Widespread inhibition and modulation in the mouse olfactory sensory neurons in vivo (2020)
  • Author(s): Inagaki Shigenori
  • Organizer: 遺伝研研究会
• [Presentation] Widespread inhibitory responses in the mouse olfactory sensory neurons in vivo (2020)
  • Author(s): Inagaki Shigenori、Iwata Ryo、Imai Takeshi
  • Organizer: ISOT2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Widespread inverse agonism in the mouse olfactory sensory neurons (2019)
  • Author(s): Inagaki S, Iwata R, Imai T.
  • Organizer: 日本神経科学会年会
• [Presentation] Widespread inhibitory responses in the mouse olfactory sensory neurons in vivo (2019)
  • Author(s): Inagaki S, Iwata R, Imai T.
  • Organizer: Current Trends and Future Directions of Synapse-Circuit Plasticity Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 嗅神経細胞における抑制性匂い応答 (2019)
  • Author(s): 稲垣 成矩, 岩田 遼, 今井 猛
  • Organizer: 第70回 西日本生理学会
• [Presentation] Widespread inhibitory responses in the mouse olfactory sensory neurons in vivo (2019)
  • Author(s): Inagaki S, Iwata R, Imai T.
  • Organizer: The 18th International Symposium on Molecular and Neural Mechanisms of Taste and Olfactory Perception(ISMNTOP2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Widespread inhibitory responses in the mouse olfactory sensory neurons in vivo (2019)
  • Author(s): Inagaki S, Iwata R, Imai T.
  • Organizer: Society for Neuroscience, Neuroscience 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genetically encoded chemiluminescent voltage indicator applicable to brain activity recording in freely moving mice. (2018)
  • Author(s): Inagaki, S., Agetsuma, M., Ohara, S., Iijima, T., Wazawa, T., Arai, Y., Nagai, T.
  • Organizer: OIST workshop; Olfaction: the stimulus space, neural representation and behavioural relevance.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Interglomerular presynaptic inhibition of olfactory sensory neurons. (2018)
  • Author(s): Inagaki,S., Iwata,R and Imai,T.
  • Organizer: The 17th International Symposium on Molecular and Neural Mechanisms of Taste and Olfactory Perception(ISMNTOP2018)
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 今井研究室ホームページ
  • URL: https://www.lab.med.kyushu-u.ac.jp/dn/paper/