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New approach for time encoding mechanisms by the brain

Research Project

Project/Area Number 19K22425
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Shiga Sakiko  大阪大学, 理学研究科, 教授 (90254383)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 濱中 良隆  大阪大学, 理学研究科, 助教 (10647572)
長谷部 政治  大阪大学, 理学研究科, 助教 (40802822)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords二日リズム / 光周性 / Holotrichia parallela / Salcophaga similis / Drosophila melanogaster / 概倍日リズム / ナミニクバエ / オオクロコガネ / 時計遺伝子 / PTTH / 概日時計 / 時計細胞 / 神経分泌細胞 / PDF / circadian clock protein / circabidian rhythm / photoperiodism / Sarcophaga similis
Outline of Research at the Start

本研究は、昆虫の光周性と概倍日リズムを対象に、概日時計の計数機構を解くことを目的とする。実験には、キイロショウジョウバエ(野生型、時計変異体)を参照しながら、光周性の日数閾値が明確なナミニクバエ幼虫と地上への出現に明瞭な2日周期を持つオオクロコガネ成虫を用い、1 )脳内時計細胞ネットワークの同定、2)日数経過に伴う神経細胞の電気的性質および形態変化の探索、3)シナプス構造阻害、 時計遺伝子機能抑制の計数機構に対する影響の解析をおこなう。そして、概日時計のサイクル数に応じた神経接続様式の変化により日数計数性が生まれ、数日という時間が符号化されると いう考え方の是非を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

We hypothesized that a circadian clock mechanism is involved in the day counting shared by photoperiodism and circa’bi’dian rhythm in insects. We anatomically identified clock cells and their network in the brain of Sarcophaga similis (photoperoidism) and Holotrichia parallela (circabidian rhythm). The encoding of day-length information for 3 days in Drosophila melanogaster and the circabidian rhythm in H. parallela are suggested commonly to involve clock cells located in the lateral part of the brain. Oscillations of clock gene expression in the brain showed a possibility that mechanisms of the two-day counting may involve certain types of clock genes in H. parallela. Based on these, we will be able to explore the molecular and cellular mechanisms of time encoding involved in day counting in the future.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生物は、細胞、組織、個体、社会いずれの階層においても「時間」と言う尺度を用い、総体として活動の調和を取っている。しかし、数日やそれ以上の長い時間を脳で符号化する具体的なメカニズムはわかっていない。本研究では、数日間の日長情報や二日リズムの形成に時計細胞が関わる可能性を示した。これは、今後、数日という時間が脳で符号化され、時間を認知するメカニズムの解明につながり得る。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] クロコガネ属の活動に見られる二日リズム2022

    • Author(s)
      志賀向子、渡邉耕平
    • Journal Title

      日本の科学者

      Volume: 57 Pages: 144-149

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Phylogenetic Separation of Holotrichia Species (Insecta, Coleoptera, Scarabaeidae) Exhibiting Circadian Rhythm and Circa‘bi’dian Rhythm2022

    • Author(s)
      Sakiko Shiga, Yuzuru Omura, Yuta Kawasaki, Kohei Watanabe
    • Journal Title

      Zoological Science

      Volume: 39 Issue: 3 Pages: 227-235

    • DOI

      10.2108/zs210091

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The optic lobe-pars intercerebralis axis is involved in circa’bi’dian rhythm of the large black chafer Holotrichia parallela2020

    • Author(s)
      Watanabe Kohei、Shiga Sakiko
    • Journal Title

      Journal of Comparative Physiology A

      Volume: 206 Issue: 6 Pages: 819-829

    • DOI

      10.1007/s00359-020-01440-8

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] RNA-sequencing によるオオクロコガネの脳における概日リズム および概倍日リズムの解析2022

    • Author(s)
      水谷 瑞穂, 渡邊 耕平, 志賀 向子
    • Organizer
      第65回日本応用動物昆虫学会大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] The Bolwig organ and its role in the photoperiodic response of the flesh fly Sarcophaga similis larvae2022

    • Author(s)
      Kazune Hirata, Sakiko Shiga
    • Organizer
      第 66 回日本応用動物昆虫学会大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] オオクロコガネにおける時計遺伝子の発現リズム2021

    • Author(s)
      水谷 瑞穂, 渡邊 耕平, 志賀 向子
    • Organizer
      日本動物学会 第92回 オンライン米子大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] キイロショウジョウバエ概日時計ニューロンsLNv の軸索終末部 における光周期依存的な構造変化2021

    • Author(s)
      大野響, 志賀向子, 濵中良隆
    • Organizer
      2021年 日本動物学会近畿支部春季研究発表会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 概倍日リズムを持つオオクロコガネが示す概日リズム2021

    • Author(s)
      太田暉也, 志賀向子
    • Organizer
      2021年 日本動物学会近畿支部春季研究発表会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] オオクロコガネの概倍日リズムに関わる脳領域の解析2020

    • Author(s)
      渡邊耕平、志賀向子
    • Organizer
      第 27 回 日本時間生物学会学術大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Analysis of brain regions involved in circa'bi'dian rhythm in the large black chafer Holotrichia parallela2020

    • Author(s)
      渡邊耕平、志賀向子
    • Organizer
      日本比較生理生化学会 第42回山形大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 昆虫の季節性休眠を調節する光周性分子神経機構の解析2020

    • Author(s)
      志賀向子
    • Organizer
      第68回日本生態学会大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] オオクロコガネ Holotrichia parallela の概倍日リズムにおける視葉の役割2019

    • Author(s)
      渡邊耕平、志賀向子
    • Organizer
      日本動物学会近畿支部大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ナミニクバエ Sarcophaga similis 幼虫の脳におけるPigment-dispersing factor免疫陽性ニューロンとPars lateralisニューロンの形態学的解析2019

    • Author(s)
      大江 勇太郎,志賀 向子
    • Organizer
      日本動物学会大阪大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] オオクロコガネ(Holotrichia parallela)の概倍日リズムにおける温度補償性2019

    • Author(s)
      中川 一生,志賀 向子
    • Organizer
      日本動物学会大阪大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-07-04   Modified: 2023-01-30  

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