昆虫の運動学習に関わる神経の機能解析とそのネットワーク構造の同定

Research Project

Project/Area Number	22K15160
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 44050:Animal physiological chemistry, physiology and behavioral biology-related
Research Institution	Nagoya City University (2023) Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science (2022)
Principal Investigator	鈴木力憲名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 講師 (80836172)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000) Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000) 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)
Keywords	運動学習 / 運動制御 / 可塑性 / ショウジョウバエ
Outline of Research at the Start	運動学習とは、動物が様々な状況に対応した適切な運動を生成するために必須の神経機構です。この運動学習において運動誤差は学習の教師信号となる重要な情報です。しかしながら、脳内でどのように運動誤差信号が計算されるのか、その生理学的メカニズムはよくわかっていません。最近申請者は、ショウジョウバエ脳において運動学習の成立に関わる神経細胞群を発見しました。そしてその解剖学的特徴から、これらの神経が運動誤差信号を伝送する神経であると考えました。本研究課題ではこの仮説の検証に取り組みます。具体的には、顕微鏡下でショウジョウバエの運動学習を観察できる新規実験系を構築し、これらの神経機能を明らかにします。
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、ショウジョウバエをモデルとし、昆虫の運動学習に関わる神経とその回路ネットワークの探索とメカニズムの解明を目指す。昆虫における運動学習を行動学的に観測するため、身体変容とその後の運動機能回復に着目し、これを指標とする新規行動実験パラダイムを開発した。初年度は、Gal4/UASシステムを用いた大規模な神経スクリーニングにより運動学習に関わる神経群の候補をいくつか得ることができた。候補神経群の活動を身体変容後から抑制すると、その後の運動回復に障害がみられた。本年度は、責任細胞をより詳細に同定するため、split-Gal4系統のハエを作成し、より少数の細胞を対象に責任細胞の同定を試みた。今後は引き続きこれらのツールを用いることで、昆虫における運動学習関連神経を同定していく予定である。そして、運動学習を成立させる神経メカニズムとして広く一般に受け入れられている「身体内部モデル」の神経実態を、ショウジョウバエを用いて神経分子レベルで解明していくことを目指す。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 前年度に同定したGal4系統について、Split-Gal4系統を作成し、更なる細胞種の同定を試みた。しかしながら、原理的には同一の神経集団をラベルするはずのGal4系統とSplit-Gal4系統のハエで、どうやら異なる神経集団がラベルされているらしいことが判明した。そのため、単純なGal4からSplit-Gal4を用いる従来の細胞スクリーニングでは、責任細胞の同定が困難であることが予想された。したがって代替手段として、CaMPARI等の細胞活動マーカー等を用いた神経同定法も検討しており、若干の遅れが生じている。
Strategy for Future Research Activity	Gal4系統とSplit-Gal4系統の発現パターンの違いを詳細に検討する。また、CaMPARIなどの神経活動を蛍光タンパク質の変化で検知できるような細胞活動標識法も同時に取り入れることで、運動学習の責任細胞を同定していきたい。さらに、生体発光タンパクなどを用いて、運動学習中にそれらの細胞が実際に活動しているかどうかも検証する。