脳内エピジェネティクス変化による運動パターン学習と維持メカニズムの解明

• Project Area: Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems
• Project/Area Number: 16H01261
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 和多 和宏 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (70451408)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2017: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2016: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 発声学習 / 学習臨界期 / 経験依存的 / ソングバード / Arc / AAV / 感覚運動学習 / エピジェネティクス

Outline of Annual Research Achievements

平成29年度においては、当初から計画していた、in vivo エピジェネティクス改変を目的として、アデノ随伴ウイルス発現系を用いて脱DNAメチル化活性をもつTET触媒ドメインをzebra finch成鳥の歌神経核RAに発現誘導を行った。これによって発声学習臨界期間中に発声行動によって発現される遺伝子群の成鳥時での再活性化を期待した。ウイルスインジェクション後に実施した発声行動解析では、発声学習臨界期後に固定化した歌パターンには大きな変化は観察されなかった。現在神経活動依存的制御を受ける転写発現解析を進めている。
また、本研究によって確立した細胞タイプ特異的遺伝子発現制御技術を用いて、歌パターンの時系列制御を担っている歌神経核HVCの投射ニューロン特異的細胞死を誘導することに成功した。発声学習臨界期後の成鳥にHVC投射ニューロン特異的細胞死を誘導しても、その固定化した歌パターンに大きな影響を観察されなかったことは上述の実験と同じ結果であったが、発声学習臨界期中の若鳥にHVC投射ニューロン特異的細胞死を誘導すると、歌モデルの学習異常、また発声パターンの固定化時期の遅延が観察された。これら２つの実験結果を踏まえると、脱DNAメチル化活性をもつTET触媒ドメインによるエピジェネティクス改変を歌神経核HVC投射ニューロンで実施することで、発声学習とその学習臨界期制御と発声行動依存的なエピジェネティクス制御メカニズムの関連を明らかにする研究の必要性を示唆する。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Wisconsin, Madison(米国)
• [Journal Article] Neurotensin and neurotensin receptor 1 mRNA expression in song-control regions changes during development in male zebra finches. (2018)
  • Author(s): Merullo DP, Asogwa CN, Sanchez-Valpuesta M, Hayase S, Pattnaik BR, Wada K, Riters LV.
  • Journal Title: Dev Neurobiol. Volume: Accepted Issue: 7 Pages: 671-686
  • DOI: 10.1002/dneu.22589
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sex Differences in Brain Thyroid Hormone Levels during Early Post-Hatching Development in Zebra Finch (Taeniopygia guttata) (2017)
  • Author(s): Yamaguchi S., Hayase S., Aoki N., Takehara A., Ishigohoka J., Matsushima T., Wada K., Homma K.J.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 12(1) Issue: 1 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0169643
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Familial bias and auditory feedback regulation of vocal babbling patterns during early song development (2016)
  • Author(s): Sato D, Mori C, Sawai A, Wada K.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: ６ Issue: 1 Pages: 30323-30323
  • DOI: 10.1038/srep30323
  • NAID: 120005828510
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A quantitative method for analyzing species-specific vocal sequence pattern and its developmental dynamics (2016)
  • Author(s): Imai R, Sawai A, Hayase S, Furukawa H, Asogwa CN, Sanchez M, Wang H, Mori C, Wada K.
  • Journal Title: Journal of Neurosci Methods Volume: 271 Pages: 23-33
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2016.06.023
  • NAID: 120006394554
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 鳴禽類ソングバードの種特異的発声パターン生成の神経分子基盤 (2017)
  • Author(s): 和多和宏
  • Organizer: 日本進化学会 第19回東京大会 2017
  • Invited
• [Presentation] 自発的行動に起因する発声学習表現型の個性創発の神経分子基盤 (2017)
  • Author(s): 和多和宏
  • Organizer: 日本分子生物学会年会（2017年度生命科学系学会合同年次大会) 2017
  • Invited
• [Presentation] Accumulation of vocal experience regulates the critical period of vocal learning in songbirds (2016)
  • Author(s): Hayase S, Wada K
  • Organizer: NIPS International Symposium
  • Place of Presentation: 生理学研究所 （愛知県・岡崎市）
  • Year and Date: 2016-12-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 発声による脳内遺伝子発現コントロール：行動と進化を結ぶエピジェネティクス (2016)
  • Author(s): 和多和宏
  • Organizer: 日本進化学会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 （東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2016-08-25
  • Invited
• [Presentation] Predisposition of vocal learnability in hybrid songbirds (2016)
  • Author(s): Wada K, Azusa S.
  • Organizer: Workshop on Evo-Devo of Vocal Learning and Plasticity
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス （東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2016-07-31
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 自発的な発声経験により制御されるソングバードの発声学習臨界期と脳内遺伝子 発現制御 (2016)
  • Author(s): 早瀬 晋、大串 恵理、小林 雅比古、和多和宏
  • Organizer: 日本神経科学会
  • Place of Presentation: 横浜国際コンベンションセンター （神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20
• [Book] Brain Evolution by Design: From Neural Origin to Cognitive Architecture (2017)
  • Author(s): Shigeno S., Murakami Y., & Nomura T. 編著 Wada K, Chen C-C & Jarvis ED 担当
  • Total Pages: 438
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9784431564676
• [Book] Brain Evolution by Design: From Neural Origin to Cognitive Architecture (2017)
  • Author(s): Shigeno S, Murakami Y & Nomura T
  • Total Pages: 438
  • Publisher: Springer
• [Book] Epigenetics and Neuroendocrinology: Clinical Focus on Psychiatry Volume1 (2016)
  • Author(s): Spengler D & Binder E
  • Total Pages: 264
  • Publisher: Springer