環境空間依存性のマルチセンソリー情報の統合に関わる神経回路のダイナミクス

• Project Area: Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing
• Project/Area Number: 20H05074
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Konan University
• Principal Investigator: 久原 篤 甲南大学, 理工学部, 教授 (00402412)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: C. elegans / 温度受容ニューロン / 温度馴化 / カルシウムインジケーター / 膜電位インディケーター / 酸素受容ニューロン / 神経回路制御 / マルチセンソリー / 情報統合 / 低温馴化 / 酸素 / 神経回路

Outline of Research at the Start

神経細胞に入力される複数の情報が、どのように細胞内や回路内で統合されるのかについての基本原理の解析を線虫C. elegansのシンプル神経回路を実験系としておこなう。具体的には、酸素受容ニューロン(URX)が神経回路上で温度受容ニューロン(ADL)に作用し低温馴化を調整する神経回路を近年同定したため(Okahata et al., Science advances, 2019)、この神経回路において温度と酸素という2つの神経情報が、どのように回路上で統合や識別されるかを解析し、脳神経系における情報の統合や識別の基本原理を理解する。

Outline of Annual Research Achievements

神経細胞に入力される複数の情報が、どのように細胞内や回路内で統合されるのかについての基本原理の解析を線虫C. elegansのシンプル神経回路を実験系としておこなった。具体的には、酸素受容ニューロン(URX)が神経回路上で温度受容ニューロン(ADL)に作用し低温馴化を調整する神経回路を近年同定したため(Okahata et al., Science advances, 2019)、この神経回路において温度と酸素という2つの神経情報が、どのように回路上で統合や識別されるかを解析し、脳神経系における情報の統合や識別の基本原理を理解することを目的とした解析を行った。また、温度馴化の新規の神経回路制御機構の同定を行った。酸素と温度の神経情報の統合と、それによる個体のアウトプットの相関性とその分子機構を明らかにするために、下記の解析を行った。従来のカルシウムインジケーターを使うと同時に、遺伝子でコードされる最新の膜電位インディケーターも利用した。
(1) 酸素濃度を変化させ、酸素受容ニューロンと接続している局所神経回路やそのADL温度受容ニューロンの温度応答にどのような影響を与えているかを生理的に解析したが、大きな変化は見られなかった。酸素濃度の変化がより伝わりやすいデバイスを使用する必要があると考えられる。
(2) 酸素受容に異常を持つ変異体における、温度馴化の変化を測定したところ、温度馴化に以上が見られ、温度馴化に関わる新たな神経細胞が見つかってきた
(3)記憶に関わる転写因子が低温馴化を制御している新しい細胞を同定した。その神経生理学的な動態を可視化するトランスジェニック系統を作製した。温度馴化の新規の神経回路制御機構が見つかってきた。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] シアトルチルドレンホスピタル(米国)
• [Journal Article] Molecular physiology regulating cold tolerance and acclimation of <i>Caenorhabditis elegans</i> (2022)
  • Author(s): OKAHATA Misaki、MOTOMURA Haruka、OHTA Akane、KUHARA Atsushi
  • Journal Title: Proceedings of the Japan Academy, Series B Volume: 98 Issue: 3 Pages: 126-139
  • DOI: 10.2183/pjab.98.009
  • ISSN: 0386-2208, 1349-2896
  • Year and Date: 2022-03-11
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 新型コロナウイルス感染拡大状況下での年会 (2021)
  • Author(s): Okahata M., Kuhara A
  • Journal Title: Seibutsu Butsuri Volume: 61 Issue: 1 Pages: 001-001
  • DOI: 10.2142/biophys.61.001
  • NAID: 130007976670
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Imaging and manipulation of temperature response of nerve cells in brain-gut interaction underlying cold tolerance (2021)
  • Author(s): Fukumoto A., Okahata M., Motomura H., Ohta A., Kuhara A.
  • Journal Title: アグリバイオ Volume: 5 Pages: 55-61
  • NAID: 40022631164
• [Journal Article] OSM-9 and OCR-2 TRPV channels are accessorial warm receptors in Caenorhabditis elegans temperature acclimatisation (2020)
  • Author(s): Ohnishi Kohei、Saito Shigeru、Miura Toru、Ohta Akane、Tominaga Makoto、Sokabe Takaaki、Kuhara Atsushi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1038/s41598-020-75302-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cellular identity and Ca2+ signaling activity of the non-reproductive GnRH system in the Ciona intestinalis type A (Ciona robusta) larva (2020)
  • Author(s): Okawa Nanako、Shimai Kotaro、Ohnishi Kohei、Ohkura Masamichi、Nakai Junichi、Horie Takeo、Kuhara Atsushi、Kusakabe Takehiro G.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 18590-18590
  • DOI: 10.1038/s41598-020-75344-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Temperature signaling underlying thermotaxis and cold tolerance in Caenorhabditis elegans (2020)
  • Author(s): Takeishi Asuka、Takagaki Natsune、Kuhara Atsushi
  • Journal Title: Journal of Neurogenetics Volume: 34 Issue: 3-4 Pages: 351-362
  • DOI: 10.1080/01677063.2020.1734001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 線虫 Caenorhabditis elegansの低温馴化における温度感覚は酸素濃度の影響を受ける (2020)
  • Author(s): 岡畑 美咲, 太田 茜, 久原 篤
  • Journal Title: 比較生理生化学 Volume: 37 Issue: 2 Pages: 103-110
  • DOI: 10.3330/hikakuseiriseika.37.103
  • NAID: 130007889034
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Analysis of temperature sensation by single cell analysis using optgenetics (2020)
  • Author(s): 岡畑美咲，本村晴佳，太田茜，久原篤
  • Journal Title: 月刊 細胞 Volume: 52 Pages: 28-31
  • NAID: 40022427538
• [Journal Article] Isolation of novel temperature signaling molecule via high throughput experimental system (2020)
  • Author(s): 本村晴佳，高垣菜式，久原篤, 太田茜
  • Journal Title: 月刊 細胞 Volume: 52 Pages: 37-42
  • NAID: 40022454447
• [Presentation] HADH functioning in neural cells regulates cold acclimation in C. elegans (2021)
  • Author(s): Akihisa Fukumoto, Misaki Okahata, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
  • Organizer: 比較生理生化学会
• [Presentation] The diversity of temperature acclimation was generated by neural circuit integrating oxygen and temperature information (2021)
  • Author(s): Misaki Okahata, Sawako Yoshina , Yohei Minakuchi, Aguan D. Wei, Atsushi Toyoda, Shohei Mitani, Toru Miura, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
  • Organizer: 比較生理生化学会
• [Presentation] HADH which functions in neural cells regulates temperature acclimation in C. elegans (2021)
  • Author(s): 福本晃久、岡畑美咲、水口洋平、豊田敦、太田茜、久原篤
  • Organizer: 日本分子生物学会
• [Presentation] Diversity of cold temperature stress response and neural circuit in natural variation of C. elegans (2021)
  • Author(s): 岡畑美咲, 吉名佐和子, 水口洋平, Aguan D. Wei, 豊田敦, 三谷昌平, 三浦徹, 太田茜, 久原篤
  • Organizer: 日本分子生物学会
• [Presentation] C. elegans homologue of HADH involved in human mitochondrial fatty acid metabolism regulates neural function in temperature acclimation (2021)
  • Author(s): Akihisa Fukumoto, Misaki Okahata, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
  • Organizer: 生物物理学会
• [Presentation] Neural circuit regulating the diversity of cold acclimation in C. elegans (2021)
  • Author(s): 岡畑美咲, 吉名佐和子, 水口洋平, Aguan D. Wei, 豊田敦, 三谷昌平, 三浦徹, 太田茜, 久原篤
  • Organizer: 生物物理学会
• [Presentation] Neural circuit of oxygen and temperature generating cold acclimation diversity in C. elegans (2021)
  • Author(s): 岡畑美咲, 吉名佐和子, 水口洋平, Aguan D. Wei, 豊田敦, 三谷昌平, 三浦徹, 太田茜, 久原篤
  • Organizer: 遺伝学会
• [Presentation] HADH in beta oxidation reaction of fatty acid metabolism of mitochondria regulates cold acclimation (2021)
  • Author(s): 福本晃久、岡畑美咲、水口洋平、豊田敦、太田茜、久原篤
  • Organizer: 遺伝学会
• [Presentation] 線虫C. elegansの低温馴化は神経系におけるミトコンドリア脂肪酸β-酸化関連分子によって制御される (2021)
  • Author(s): 福本晃久、岡畑美咲、水口洋平、豊田敦、太田茜、久原篤
  • Organizer: 動物学会
• [Presentation] HADH involved in beta-oxygen reaction regulates cold acclimation in neurons (2021)
  • Author(s): Akihisa Fukumoto, Misaki Okahata, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
  • Organizer: 線虫研究の未来を創る会
• [Presentation] Cold acclimation regulated by neural fatty acid metabolism in mitochondria via HADH (2021)
  • Author(s): Akihisa Fukumoto, Misaki Okahata, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会、第1回 CJK 国際会議(The 6st China-Japan-Korea International Meeting)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] HACD-1 in neural cells regulate cold acclimation in C. elegans (2021)
  • Author(s): Akihisa Fukumoto, Misaki Okahata, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
  • Organizer: 23th C. elegans International conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ミトコンドリアの脂肪酸代謝に関わるHACD-1は神経系において線虫の低温馴化を制御する (2021)
  • Author(s): 福本晃久、岡畑美咲、水口洋平、豊田敦、太田茜、久原篤
  • Organizer: 動物学会近畿支部会
• [Presentation] FMRFamide-related peptides and neuropeptide-like proteins modulate neuronal circuit regulating cold acclimation in C. elegans (2020)
  • Author(s): Akane Ohta, Haruka Motomura, Satoko Fujii, Atsushi Kuhara
  • Organizer: 分子生物学会
• [Presentation] Analysis of tail interneuron integrating temperature signaling in C. elegans (2020)
  • Author(s): 本村晴佳, 藤井智子, 五百藏誠, 久原篤, 太田茜
  • Organizer: 分子生物学会
• [Presentation] Tail interneurons integrate temperature signaling in temperature acclimation of C. elegans (2020)
  • Author(s): 本村晴佳, 藤井智子, 五百藏誠, 久原篤, 太田茜
  • Organizer: 比較生理生化学会
• [Presentation] Neural circuit circulating throughout the body regulates cold acclimation of C. elegans (2020)
  • Author(s): 本村晴佳, 藤井智子, 五百藏誠, 久原篤, 太田茜
  • Organizer: 遺伝学会
• [Presentation] A tail interneuron integrating temperature signaling regulates cold acclimation (2020)
  • Author(s): 本村晴佳, 藤井智子, 五百藏誠, 久原篤, 太田茜
  • Organizer: 動物学会
• [Presentation] A tail interneuron integrating temperature signaling from two thermosensoryneurons is involved in cold acclimation (2020)
  • Author(s): Haruka Motomura, Satoko Fujii, Makoto Ioroi, Atsushi Kuhara, Akane Ohta
  • Organizer: Federation of European Neuroscience Societies (FENS) 2020 Virtual Forum
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Integrated signaling from thermosensoryneurons at a tail interneuron regulates cold acclimation (2020)
  • Author(s): Haruka Motomura, Satoko Fujii, Makoto Ioroi, Atsushi Kuhara, Akane Ohta
  • Organizer: 生物物理学会
• [Presentation] Neuropeptides modulate neuronal circuit regulating temperature acclimation in Caenorhabditis elegans (2020)
  • Author(s): Akane Ohta, Satoko Fujii, Haruka Motomura, Atsushi Kuhara
  • Organizer: 神経科学会
• [Presentation] Analysis of neural circuit accelerating temperature acclimation of C. elegans (2020)
  • Author(s): Haruka Motomura, Satoko Fujii, Makoto Ioroi, Atsushi Kuhara, Akane Ohta
  • Organizer: 神経科学会
• [Book] 動物の辞典 (2020)
  • Author(s): 宇治澤知代、久原 篤
  • Publisher: 朝倉書店
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://kuharan.com/index.html
• [Remarks] 所属研究室ホームページ
  • URL: http://kuharan.com/index.html