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Elucidation of common regulatory mechanisms of behaviour in vertebrates by functional analysis of PACAP with genome-editing technology.

Research Project

Project/Area Number 21K06246
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 44040:Morphology and anatomical structure-related
Research InstitutionUniversity of Toyama

Principal Investigator

中町 智哉  富山大学, 学術研究部理学系, 講師 (30433840)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松田 恒平  富山大学, 学術研究部理学系, 教授 (60222303)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
KeywordsPACAP / ゼブラフィッシュ / 行動解析 / 記憶学習 / 社会性行動 / in situ hybridization / 行動 / オプトジェネティクス
Outline of Research at the Start

脊椎動物に共通した生得的な行動は魚類において既に獲得していたと考えられている。そこで本研究では、脊椎動物に共通した行動制御システムを解明することを目的として、ゼブラフィッシュを用いて脊椎動物の進化の過程で高度に保存されている神経ペプチドである下垂体アデニル酸シクラーゼ活性化ポリペプチド(PACAP)およびPACAP受容体の機能を解析する。従来のリガンド投与後の行動変化を観察する実験手法をベースに、光活性化タンパク質を導入したノックイン(KI)系統を作出して、実験を発展させる。さらに、RNAシークエンシング等により、PACAPに関連した遺伝子群やシグナル伝達経路を同定する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では真骨魚類特異的ゲノム重複により重複化したPACAPまたはPAC1-R遺伝子について、遺伝子改変技術などを用いて行動生理学的な解析を行うことにより、脊椎動物の動作基盤を解明することを目的として研究を進めている。これまでにCRISPR/Cas9法を用いて、PACAP1およびPACAP2 KOゼブラフィッシュ、PAC1a-RおよびPAC1b-R KOゼブラフィッシュ系統の作出に成功した。これらのうち、PACAP2 KOゼブラフィッシュではホモ型個体で高い死亡率を示すことが明らかとなった。
PACAPと記憶学習行動との関係性について、ゼブラフィッシュ(zf)PACAP1またはzfPACAP2の腹腔内投与後の短期記憶への影響を評価するため、新たにE字型の記憶学習評価方法を確立した。zfPACAP1投与はE字迷路学習を用いた短期の空間認知機能を増強させたが、zfPACAP2投与では効果が見られなかった。また、PAC1a-RKO またはPAC1b-R KOゼブラフィッシュでは、ともに野生型ゼブラフィッシュよりも短期記憶能が低下した。これらの結果から、重複化したzfPACAPのうち、短期には主にPACAP1と2つのPAC1-Rが関連している可能性が示唆された。また、昨年に引き続き実施している社会性行動の評価系を用いた実験において、zfPACAP1またはzfPACAP2の腹腔内投与実験を再度検証したところ、zfPACAP2の腹腔内投与は社会性行動を増加させたが、PACAP1の腹腔内投与は社会性行動に影響を与えなかった。この結果は重複化したPACAPのうち、PACAP1のみが社会性行動の制御に関わることを示唆している。さらにin situ hybridization法により、ゼブラフィッシュにおけるPAC1a-RとPAC1b-RmRNAの脳内分布について明らかになり、多くの脳領域で両PAC1-R mRNAが存在するものの、一部の脳領域では一方のPAC1-R mRNAのみが局在することが明らかになったことから、これらの脳領域では片方のPAC1-Rが特異的な機能を担う可能性が考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

PACAP投与後の行動解析実験およびPAC1-R mRNAのin situ hybridizationは順調に進んでおり、結果も得られている。一方で、PACAPまたはPAC1-R KOゼブラフィッシュの繁殖・飼育がうまくいっておらず、実験に使用するために十分な個体数を確保できなかった。

Strategy for Future Research Activity

上述のように、PACAPまたはPAC1-R KOゼブラフィッシュの個体数が確保できなかったことから、今年度は繁殖を優先することにした。現状では個体数が回復してきているので、次年度にはKOゼブラフィッシュを用いた解析を中心として実験を進める予定である。また、魚類のストレス応答におけるPACAPの機能解析についてもCRHとの関連性に焦点を当てて研究を進める。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (40 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (33 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 4 results) Book (1 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Comparative Observation and Analysis of Preference Behavior Based on Three Types of Taxes and Locomotor Activity in the Goldfish, Carassius auratus2023

    • Author(s)
      Shimizu Kyoka、Watanabe Keisuke、Konno Norifumi、Nakamachi Tomoya、Matsuda Kouhei
    • Journal Title

      Zoological Science

      Volume: 40 Issue: 1 Pages: 1-6

    • DOI

      10.2108/zs220059

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Distribution of neuromedin U (NMU)-like immunoreactivity in the goldfish brain, and effect of intracerebroventricular administration of NMU on emotional behavior in goldfish2022

    • Author(s)
      Matsuda Kouhei、Watanabe Keisuke、Miyagawa Yoshiki、Maruyama Keisuke、Konno Norifumi、Nakamachi Tomoya
    • Journal Title

      Peptides

      Volume: 156 Pages: 170846-170846

    • DOI

      10.1016/j.peptides.2022.170846

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      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Intracerebroventricular administration of α-melanocyte-stimulating hormone (α-MSH) enhances thigmotaxis and induces anxiety-like behavior in the goldfish Carassius auratus2021

    • Author(s)
      Watanabe Keisuke、Konno Norifumi、Nakamachi Tomoya、Matsuda Kouhei
    • Journal Title

      Peptides

      Volume: 145 Pages: 170623-170623

    • DOI

      10.1016/j.peptides.2021.170623

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] ゼブラフィッシュの脳梗塞モデルにおけるPACAP の神経保護効果の評価2023

    • Author(s)
      鳴海 輝, 今野紀文, 松田恒平, 中町智哉
    • Organizer
      日本動物学会第94回山形大会
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  • [Presentation] 小型魚類の行動解析方法2023

    • Author(s)
      中町智哉
    • Organizer
      日本動物学会第94回山形大会
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  • [Presentation] 魚類の脳は脳梗塞後に再生するのか2023

    • Author(s)
      中町智哉
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      第14回 ペプチド・ホルモン研究会
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      関 椋太, 松田恒平, 今野紀文, 中町智哉
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  • [Presentation] ゼブラフィッシュの慢性ストレス応答におけるPACAPの機能解析2023

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      西部太喜, 松本 諒, 今野紀文, 松田恒平, 中町智哉
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      第47回日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム 九州大会
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  • [Presentation] ゼブラフィッシュにおけるPACAP 腹腔内投与による脳内活性化領域の評価2023

    • Author(s)
      吉田悠輝, 今野紀文, 松田恒平, 中町智哉
    • Organizer
      第47回日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム 九州大会
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  • [Presentation] ゼブラフィッシュの脳における重複化したPACAPおよびPAC1-Rの機能形態学的研究2023

    • Author(s)
      中町智哉, 吉田悠輝, 今野紀文, 松田恒平
    • Organizer
      第129回日本解剖学会総会・全国学術集会
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  • [Presentation] Functional differences of duplicated PACAP/PAC1R in zebrafish behavior2023

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      Tomoya Nakamachi, Hiroyuki Kaiya, Norifumi Konno, Kouhei Matsuda
    • Organizer
      Academic symposium -Photoreception and Behavioral Control-
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      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ゼブラフィッシュにおける重複化したPACAP/PAC1-R遺伝子の機能進化2022

    • Author(s)
      中町智哉
    • Organizer
      日本動物学会第93回早稲田大会
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      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] トラフグの脳地図作製とアルギニンバソトシン(AVT)様免疫陽性反応の脳内分布2022

    • Author(s)
      長嶺 諒,今野 紀文, 中町 智哉,松原 創,松田 恒平
    • Organizer
      日本動物学会第93回早稲田大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ゼブラフィッシュの脳梗塞モデルにおける分子病態解析2022

    • Author(s)
      嶋田 翔弥,今野 紀文, 松田 恒平,中町 智哉
    • Organizer
      日本動物学会第93回早稲田大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 形状の異なる水槽におけるキン ギョの選好性行動の観察と比較2022

    • Author(s)
      清水 京杏,渡邉 桂佑, 今野 紀文,中町 智哉, 松田 恒平
    • Organizer
      日本動物学会第93回早稲田大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ヒト脳梗塞治療薬の薬効評価におけるゼブラフィッシュ脳梗塞モデ ルの有効性の検証2022

    • Author(s)
      鳴海 輝,善端 大貴, 今野 紀文,松田 恒平, 中町 智哉
    • Organizer
      日本動物学会第93回早稲田大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ソマトラクチン-αおよびソマトラク チン-β遺伝子の二重欠損ゼブラ フィッシュの作出とその表現型の観察2022

    • Author(s)
      大原 倫仁,南 和希, 今野 紀文,中町 智哉, 松田 恒平
    • Organizer
      日本動物学会第93回早稲田大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] メダカの鰓におけるイオン輸送体とその調節因子の高浸透圧処理による遺伝子発現プロファイル―個体と単離した鰓組織での比較―2022

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      富樫 彩音,中町 智哉, 松田 恒平,今野 紀文
    • Organizer
      日本動物学会第93回早稲田大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] キンギョにおいてα-黒色素胞刺激ホルモンの腹腔内投与は中枢作用を発揮する2022

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      渡邉 桂佑,今野 紀文, 中町 智哉,松田 恒平
    • Organizer
      日本動物学会第93回早稲田大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] キンギョにおいてα-黒色素胞刺激ホルモンの腹腔内投与は脳内の受容体を介して中枢作用を発揮する2022

    • Author(s)
      渡邉桂佑, 今野紀文, 中町智哉, 松田恒平
    • Organizer
      第46回日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 3種類の走性に基づいたキンギョの選好性行動と運動活性の比較観察2022

    • Author(s)
      清水杏香, 渡邉桂佑, 今野紀文, 中町智哉, 松田恒平
    • Organizer
      第46回日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ゼブラフィッシュのストレス応答におけるPACAP受容体の役割の解明2022

    • Author(s)
      西部太喜, 松本諒, 今野紀文, 松田恒平, 中町智哉
    • Organizer
      第46回日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ゼブラフィッシュにおけるpac1br mRNAの脳内分布2022

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      吉田悠輝, 今野紀文, 松田恒平, 中町智哉
    • Organizer
      第46回日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] トラフグの間脳領域における脳地図作製とアルギニンバソトシン(AVT)様免疫陽性反応の脳内分布2022

    • Author(s)
      長嶺諒, 今野紀文, 中町智哉, 松原創, 松田恒平
    • Organizer
      第46回日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Expression pattern and characterization of duplicated zebrafish PACAP/PAC1-Rs2022

    • Author(s)
      Tomoya Nakamachi, Hiroyuki Kaiya, Norifumi Konno, Seiji Shioda, Kouhei Matsuda
    • Organizer
      The 15th International Symposium on VIP, PACAP and Related Peptides and The 1st International Society for Bioactive Peptides Joint Meeting (VPAC ISBAP 2022)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] PACAP stimulates sweat and salivary secretion acting through water channel AQP52022

    • Author(s)
      Michio Yamashita, Tomoya Nakamachi, Toshihiko Yada, Naoko Nonaka, Seiji Shioda, Fumiko Takenoya
    • Organizer
      The 15th International Symposium on VIP, PACAP and Related Peptides and The 1st International Society for Bioactive Peptides Joint Meeting (VPAC ISBAP 2022)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Distribution of duplicated PACAP and PAC1-R genes in adult zebrafish brain2022

    • Author(s)
      Yuki Yoshida, Masayo Uosaki, Norifumi Konno, Kouhei Matsuda, Tomoya Nakamachi
    • Organizer
      The 15th International Symposium on VIP, PACAP and Related Peptides and The 1st International Society for Bioactive Peptides Joint Meeting (VPAC ISBAP 2022)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Role of PACAP/PAC1-R System in Stress Response in Zebrafish2022

    • Author(s)
      Taiki Nishibe, Ryo Matsumoto, Norifumi Konno, Kouhei Matsuda, Tomoya Nakamachi
    • Organizer
      The 15th International Symposium on VIP, PACAP and Related Peptides and The 1st International Society for Bioactive Peptides Joint Meeting (VPAC ISBAP 2022)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] PACAP stimulates social behavior via AVT in zebrafish2022

    • Author(s)
      Tomoya Nakamachi, Kouta Wakabayashi, Norifumi Konno, Seiji Shioda, Kouhei Matsuda
    • Organizer
      The 15th International Symposium on VIP, PACAP and Related Peptides and The 1st International Society for Bioactive Peptides Joint Meeting (VPAC ISBAP 2022)
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      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ゼブラフィッシュにおいてPACAPは卵巣発達に関与する2022

    • Author(s)
      中町智哉
    • Organizer
      第13回 ペプチド・ホルモン研究会
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  • [Presentation] 神経ペプチドPACAP による涙液分泌促進作用と角膜上皮治癒作用2021

    • Author(s)
      中町智哉
    • Organizer
      日本動物学会第92回大会(オンライン大会)
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    • Invited
  • [Presentation] 下垂体アデニル酸シクラーゼ活性化ポリペプチド(PACAP)の外分泌促進作用とその作用機序2021

    • Author(s)
      中町智哉、塩田清二
    • Organizer
      第47回日本神経内分泌学会学術集会
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  • [Presentation] ゼブラフィッシュにおいてPACAP1 はストレス応答に関与する2021

    • Author(s)
      中町智哉, 松本 諒, 西部太喜, 今野紀文, 松田恒平
    • Organizer
      第45 回 日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム
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  • [Presentation] ゼブラフィッシュにおいてPACAP-PAC1R システムは社会性行動の制御に関与する2021

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      若林洸太, 今野紀文, 松田恒平, 中町智哉
    • Organizer
      第45 回 日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム
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  • [Presentation] ゼブラフィッシュの卵成熟におけるPACAP1 の役割の解明2021

    • Author(s)
      前田龍之介, 今野紀文, 松田恒平, 中町智哉
    • Organizer
      第45 回 日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム
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  • [Presentation] ゼブラフィッシュにおいてPACAP-PAC1RシステムはAVTを介して社会性行動を制御する2021

    • Author(s)
      若林洸太, 中町智哉
    • Organizer
      第12 回 ペプチド・ホルモン研究会
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  • [Book] Handbook of Hormones, 2nd ed. Comparative Endocrinology for Basic & Clinical Research2021

    • Author(s)
      H.Ando, K.Ukena & S.Nagata(Eds.), 分担執筆 Nakamachi T 他
    • Total Pages
      1113
    • Publisher
      ACADEMIC PRESS, INC.
    • ISBN
      9780128206492
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  • [Remarks] 富山大学理学部生物学科ホームページ

    • URL

      http://www.sci.u-toyama.ac.jp/study/research/05_nakamachi.html

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  • [Remarks] researchmap(研究業績)

    • URL

      https://researchmap.jp/nakamachi

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  • [Remarks] 富山大学理学部生物学科ホームページ

    • URL

      http://www3.u-toyama.ac.jp/bio/research/nakamachi.html

    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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