同性愛行動を個体の経験依存的に生じさせるニューロンのスクラップ＆ビルド

• Project Area: Dynamic regulation of brain function by Scrap & Build system
• Project/Area Number: 19H04766
• 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: National Institute of Information and Communications Technology
• Principal Investigator: 佐藤 耕世 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 研究員 (40451611)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000); Fiscal Year 2020: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: ショウジョウバエ / 同性愛行動 / サトリ変異体 / fruitless / 転写因子 / 電気生理学 / パッチクランプ / シングルセル解析 / キイロショウジョウバエ / satori（サトリ）変異体 / シングルセルRNA-seq / 電気生理

Outline of Research at the Start

キイロショウジョウバエの同性愛行動突然変異体 satori (サトリ)の雄が示す同性愛行動は、羽化後の一定期間を他の雄と過ごす経験（集団飼育）によって増強され、一匹で過ごす経験（単独飼育）によって抑制される。本研究では、羽化後の経験がサトリ変異体の脳神経系にどのような変化をもたらし、それがどのように同性愛行動の発現へとつながるのかを、「個体―脳細胞ネットワーク―分子」をつなげる階層縦断的な研究によって解明する。

Outline of Annual Research Achievements

キイロショウジョウバエの同性愛行動突然変異体サトリの雄成虫が示す同性愛行動は、翅化後の一定期間を他の雄と過ごす経験（集団飼育）によって増強され、一匹で過ごす経験（単独飼育）によって抑制される。サトリ変異体の脳に存在する性行動の司令ニューロンP1の膜電流プロファイルが、集団飼育に依存して変化する現象を前年度までに明らかにしていた。今年度は、この現象の背後でイオンチャネルをはじめとする遺伝子の発現にどのような変化が生じるかを明らかにするため、Patch-seq解析を実施した。パッチクランプ法により細胞内電気記録したニューロンの細胞体から細胞内容物をガラス電極中に吸い込んでチューブに回収し、含まれるmRNAから完全長cDNAを合成し、PCRによる増幅後にシングルセル・トランスクリプトーム解析用のライブラリーを作製した。飼育条件が異なる個体から回収したシングルセル36サンプル及び、12細胞をプールした3サンプルよりNGSライブラリーを作製し、RNA-seqにより、飼育環境に依存して発現レベルが変動する差次的発現遺伝子を明らかにした。本研究によって、翅化後の社会経験の作用点となる脳細胞がP1ニューロンであることが解明された。P1に起こる電気的な性質の解析を起点として、経験によって脳に生じる可塑的な変化を分子及び神経細胞レベルで解明し、その変化を人為的に再現あるいは改変することによって、個体の経験を代替、軽減・増強するニューロン操作技術を作出できるものと考えている。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] teiresias, a Fruitless target gene encoding an immunoglobulin-superfamily transmembrane protein, is required for neuronal feminization in Drosophila (2020)
  • Author(s): Sato Kosei、Ito Hiroki、Yamamoto Daisuke
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 3 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01327-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Contact-Chemosensory Evolution Underlying Reproductive Isolation in Drosophila Species (2020)
  • Author(s): Sato Kosei、Yamamoto Daisuke
  • Journal Title: Frontiers in Behavioral Neuroscience Volume: 14
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2020.597428
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Behavioral Evolution of Drosophila: Unraveling the Circuit Basis (2020)
  • Author(s): Sato Kosei、Tanaka Ryoya、Ishikawa Yuki、Yamamoto Daisuke
  • Journal Title: Genes Volume: 11 Issue: 2 Pages: 157-157
  • DOI: 10.3390/genes11020157
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Calmodulin-binding transcription factor shapes the male courtship song in Drosophila (2019)
  • Author(s): Sato Kosei、Ahsan Md. Tanveer、Ote Manabu、Koganezawa Masayuki、Yamamoto Daisuke
  • Journal Title: PLOS Genetics Volume: 15 Issue: 7 Pages: e1008309-e1008309
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1008309
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The mode of action of Fruitless: Is it an easy matter to switch the sex? (2019)
  • Author(s): Sato Kosei、Yamamoto Daisuke
  • Journal Title: Genes, Brain and Behavior Volume: 19 Issue: 2
  • DOI: 10.1111/gbb.12606
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sex Mysteries of the Fly Courtship Master Regulator Fruitless (2019)
  • Author(s): Sato Kosei、Goto Junpei、Yamamoto Daisuke
  • Journal Title: Frontiers in Behavioral Neuroscience Volume: 13 Pages: 245-245
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2019.00245
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 免疫グロブリン様ドメインを持つ推定膜タンパク質Teiresiasによるショウジョウバエ脳神経系の性差形成 (2020)
  • Author(s): 佐藤耕世, 山元大輔
  • Organizer: 新学術領域研究「スクラップ＆ビルドによる脳機能の動的制御」第5回領域会議
• [Presentation] 免疫グロブリンスーパーファミリーに属する新規の推定膜タンパク質 Teiresias によるショウジョウバエ脳神経系の性差形成 (2020)
  • Author(s): 佐藤耕世, 伊藤弘樹, 山元大輔
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] ショウジョウバエ中枢ニューロンからのPatch-seq解析手法の技術習得 (2020)
  • Author(s): 佐藤耕世, 山元大輔
  • Organizer: 新学術領域研究「多様な「個性」を創発する脳システムの統合的理解」第5回領域会議
• [Presentation] ショウジョウバエの性決定遺伝子から迫る配偶行動の種特異性を生みだす神経機構. (2020)
  • Author(s): 田中良弥, 樋口智大, 古波津創, 佐藤耕世, 粟崎健, 山元大輔.
  • Organizer: 第67回日本生態学会大会
• [Presentation] 求愛歌のテンポを規定するカルモジュリン結合型転写因子Camtaの解析. (2019)
  • Author(s): 佐藤耕世, Ahsan MT, 大手学, 小金澤雅之, 山元大輔.
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] The neural mechanism underlying species-specific courtship behavior in Drosophila subobscura. (2019)
  • Author(s): 田中良弥, 樋口智大, 古波津創, 佐藤耕世, 粟崎健, 山元大輔.
  • Organizer: 日本比較生理生化学会 第41回東京大会
• [Presentation] Camta, the Calmodulin-binding transcription factor, shapes the male courtship song in Drosophila. (2019)
  • Author(s): Sato K., Ahsan MT., Ote M., Koganezawa M. and Yamamoto D.
  • Organizer: CSHL Meeting on Neurobiology of Drosophila
• [Presentation] A molecular and neuronal basis of social experience that affects male courtship propensity in Drosophila. (2019)
  • Author(s): 佐藤耕世, 山元大輔.
  • Organizer: 新学術領域研究「スクラップ＆ビルドによる脳機能の動的制御」第4回領域会議
• [Presentation] Calmodulin-binding transcription factor shapes the male courtship song. (2019)
  • Author(s): Sato K. and Yamamoto D.
  • Organizer: 新学術領域研究「スクラップ＆ビルドによる脳機能の動的制御」第4回領域会議
• [Remarks] 国立研究開発法人情報通信研究機構・未来ICT研究所・行動神経生物学プロジェクト
  • URL: https://www2.nict.go.jp/frontier/evoneuro/index.html
• [Remarks] Kosei Sato Web Page
  • URL: https://sites.google.com/site/koseisato777/
• [Remarks]
  • URL: https://sites.google.com/site/koseisato777/welcome
• [Remarks]
  • URL: http://www2.nict.go.jp/frontier/evoneuro/index.html