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Integration and parallel processing of light information from pineal and eyes

Research Project

Project/Area Number 20K15844
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 44050:Animal physiological chemistry, physiology and behavioral biology-related
Research InstitutionOsaka City University

Principal Investigator

Wada Seiji  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 特任助教 (90747320)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywordsオプシン / ゼブラフィッシュ / 松果体
Outline of Research at the Start

下等脊椎動物の松果体は、眼とは“独立”した眼外の光受容器官である。眼が視覚に寄与するのに対し、松果体の光受容が、どのような機能と関連するのかほとんど明らかとなっていない。申請者は、松果体と眼の光情報が、脳内で統合・並列的に処理される可能性を見出した。すなわち、松果体と眼が、独立した光受容器官であるにもかかわらず、それぞれの受け取った光情報が統合・並列的に利用され、ひとつのアウトプットをもたらす可能性が考えられた。そこで本研究では、松果体由来の光応答と眼由来の光応答が同一の脳領域、あるいは、同細胞で現れるのかをカルシウムイメージングにより解析し、それらの統合あるいは並列的処理の観測を試みる。

Outline of Final Research Achievements

Non-mammalian vertebrates have the pineal organ as a photoreceptive organ as well as eyes. The pineal organ possesses photoreceptor cells similar to visual cells in the retina and expresses photoreceptive proteins, opsins, that differ from those of the retina. It has also been suggested that the pineal organ possibly transmits light information to the brain, like the retina. However, it has not been physiologically shown if a photoresponse originating from photoreception in the pineal organ has been observed in the brain. In this study, we attempted to clarify where the light information received in the pineal organ is transmitted with whole-brain imaging. As a result, we optimized the light stimulation focusing on the molecular property of a pineal opsin and successfully visualized the brain regions that showed responses derived from pineal photoreception.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、松果体の光情報が脳へ伝えられることが生理学的に実証された。また、松果体と眼の光情報が統合される現象を捉えた。異なる光受容器由来の光情報が脳内で統合されることから、単に、眼や松果体といった光受容器単位で生理機能を発現するのではなく、光受容器どうしの協調が機能発現をもたらす新しい可能性を見出した。また、異なる「感覚器」由来の情報の統合とも捉えられ、感覚のマルチモダリティを示しているものでもあり、社会的意義のある成果と考えられる。

Report

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

    (14 results)

All 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (10 results) (of which Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Insights into the evolutionary origin of the pineal color discrimination mechanism from the river lamprey2021

    • Author(s)
      Wada Seiji、Kawano-Yamashita Emi、Sugihara Tomohiro、Tamotsu Satoshi、Koyanagi Mitsumasa、Terakita Akihisa
    • Journal Title

      BMC Biology

      Volume: 19 Issue: 1 Pages: 188

    • DOI

      10.1186/s12915-021-01121-1

    • NAID

      120007149260

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2019688

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Functional identification of an opsin kinase underlying inactivation of the pineal bistable opsin parapinopsin in zebrafish2021

    • Author(s)
      Baoguo Shen, Seiji Wada, Haruka Nishioka, Takashi Nagata, Emi Kawano-Yamashita, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • Journal Title

      Zoological letters

      Volume: 7(1) Issue: 1 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1186/s40851-021-00171-1

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The non-visual opsins expressed in deep brain neurons projecting to the retina in lampreys2020

    • Author(s)
      Emi Kawano-Yamashita, Mitsumasa Koyanagi, Seiji Wada, Tomoka Saito, Tomohiro Sugihara, Satoshi Tamotsu, Akihisa Terakita
    • Journal Title

      Scientific reports

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 9669

    • DOI

      10.1038/s41598-020-66679-2

    • NAID

      120006866803

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2020480

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Transmission of light information generated in the pineal organ to the midbrain in zebrafish2021

    • Author(s)
      Seiji Wada, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • Organizer
      日本比較生理生化学会 第43回札幌オンライン大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] オプシン欠損変異体を用いたゼブラフィッシュ松果体光応答の解析2021

    • Author(s)
      和田清二, 小柳光正, 寺北明久
    • Organizer
      第92回日本動物学会オンライン米子大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] A possible regulation of cone light responses by melanopsin distributed to horizontal cells in the larval zebrafish2021

    • Author(s)
      Momoka Mano, Seiji Wada, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • Organizer
      日本比較生理生化学会 第43回札幌オンライン大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Toward detection of neural activity changes in the zebrafish brain derived from extraocular photoreceptions2021

    • Author(s)
      Yuya Namikoshi, Seiji Wada, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • Organizer
      日本比較生理生化学会 第43回札幌オンライン大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ゼブラフィッシュ網膜におけるメラノプシン発現水平細胞の光に対する応答の解析2021

    • Author(s)
      真野桃歌, 和田清二, 小柳光正, 寺北明久
    • Organizer
      第92回日本動物学会オンライン米子大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 松果体オプシン、パラピノプシン1変異ゼブラフィッシュを用いた光依存的な行動の解析2021

    • Author(s)
      山本悠貴, 斉藤智花, 和田清二, 小柳光正, 寺北明久
    • Organizer
      第92回日本動物学会オンライン米子大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ゼブラフィッシュにおける松果体光情報の処理に関わる脳部位候補の解析2020

    • Author(s)
      和田清二、小柳光正、寺北明久
    • Organizer
      日本動物学会 第91回大会 (オンライン)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] ゼブラフィッシュにおける松果体光応答:「色検出」とその脳投射2020

    • Author(s)
      和田清二、沈宝國、山下(川野)絵美、永田崇、日比正彦、保智己、小柳光正、寺北明久
    • Organizer
      S1「ゼブラフィッシュが切り開く新たな生物学」、日本動物学会 第91回大会 (オンライン)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] ゼブラフィッシュ網膜におけるメラノプシンの視覚への関与に関する解析2020

    • Author(s)
      真野桃歌、和田清二、小柳光正、寺北明久
    • Organizer
      日本動物学会 第91回大会 (オンライン)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Functional analysis of melaonpsin expressed in retinal horizontal cells of zebrafish2020

    • Author(s)
      真野桃歌、和田清二、小柳光正、寺北明久
    • Organizer
      日本比較生理生化学会第42回山形大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Book] Optogenetic Potentials of Diverse Animal Opsins: Parapinopsin, Peropsin, LWS Bistable Opsin2020

    • Author(s)
      Koyanagi Mitsumasa、Saito Tomoka、Wada Seiji、Nagata Takashi、Kawano-Yamashita Emi、Terakita Akihisa
    • Total Pages
      11
    • Publisher
      Springer Nature
    • ISBN
      9789811587634
    • Related Report
      2020 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2023-01-30  

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