ソングバードを用いた時空間制御を与える遺伝子発現系の開発と行動実験への応用

• Project Area: Systems molecular ethology to understand the operating principle of the nervous system
• Project/Area Number: 21115501
• 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, 大学院・理学研究院, 准教授 (70451408)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2010: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2009: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 発声学習 / 学習臨界期 / 遺伝子発現 / 発声行動 / レンチウイルス / 動物行動 / 時系列配列 / ソングバード

Research Abstract

本研究の目的は、時期特異的・細胞種特異的なウイルス発現系の確立を通して、鳴禽類ソングバードを音声発声学習研究の動物モデルとして利用していくことにある。ソングバードの発声学習・生成行動は、特異的な神経回路Song system(ソングシステム)がすでに同定されている点において脊椎動物の中でユニークな神経回路といえる。さらにこのSong systemは、発声運動制御系と発声学習制御系の2つの神経回路に分別することができ、動物の行動発現(発声学習・生成行動)を「運動と学習」の2つの回路機能に分解して検証することが可能である。
これまでに音声発声学習では「声を出す」という自発的行動が、脳内分子レベルにおいても重要な意味をもつと考え、ソングバードの音声発声学習過程において[発声行動依存性]+[神経回路特異性]+[学習臨界期間限定性]を兼ね備えた多段階発現制御を受ける遺伝子群が存在することを明らかにしてきた。これらを踏まえ、当該年度においては、高タイターをもつRV-G(+)lentivirusの作成を続けると同時に、これまでに発声行動によって脳内で発現誘導される3つの遺伝子Arc,Gadd45b,H3.3Bを強制発現、及びRNAiによるdown regulationを可能とするlentivirus plasmidの構築を終え、現在ウイルスを作成中である。
また、細胞種特異的発現を可能とするプロモーター発現調節部位の同定及びそのレンチウイルス発現系への応用を目指し、神経活動依存的でかつ、ソングシステムに限定的に発現誘導される遺伝子(Dusp1)が存在することを明らかにした。その過程で得られた結果の一部を論文(Horita et.Al., J.Comp.Neurol.518,2873-2901(2010))として報告した。現在、さらにminimum regulatory regionを同定する実験を準備でしている。

Research Products

• [Journal Article] The dusp1 Immediate Early Gene is Regulated by Natural Stimuli Predominantly in Sensory Input Neurons (2010)
  • Author(s): Horita H, Wada K, Rivas MV, Hara E, Jarvis ED
  • Journal Title: Journal of Comparative Neurology Volume: 518 Pages: 2873-2901
  • NAID: 120002317143
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ソングバードの囀りを制御する神経回路・遺伝子 (2010)
  • Author(s): 今井礼夢、森千紘、和多和宏
  • Journal Title: 生物の科学 遺伝 Volume: 64 Pages: 40-47
• [Journal Article] Dopamine receptors in a songbird brain (2010)
  • Author(s): Kubikova L, Wada K, Jarvis ED.
  • Journal Title: Journal of Comparative Neurology 518 Pages: 741-769
  • NAID: 120002317144
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Variable food begging calls are harbingers of vocal learning (2009)
  • Author(s): Liu WC, Wada K, Nottebohm F.
  • Journal Title: PLoS ONE. 16
  • NAID: 120002414855
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 神経行動科学から考える「生まれと育ち」 (2011)
  • Author(s): 和多和宏
  • Organizer: 脳と心のメカニズム (第11回冬のワークショップ)
  • Place of Presentation: ルスツ(招待講演)
  • Year and Date: 2011-01-12
• [Presentation] Expression dynamics of epigenetics-related genes developmentally regulated by singing behavior (2010)
  • Author(s): Masahiko Kobayashi, Raimu Imai, Chihiro Mori, Haruhito Horita, Wan-chun Liu, Kazuhiro Wada
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2010-11-16
• [Presentation] Deafening before critical period for vocal learning affects gene expression pattern in song nuclei of songbird. (2010)
  • Author(s): Chihiro Mori, Kazuhiro Wada
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2010-11-16
• [Presentation] Differential expression pattern of singing induced Egr family through sensorimotor period of song learning. (2010)
  • Author(s): Raimu Imai, Ohgushi Eri, Kazuhiro Wada
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2010-11-16
• [Presentation] Repeated evolution of activity-dependent motor-driven dusp1 expression in song nuclei of vocal learning birds (2010)
  • Author(s): Haruhito Horita, Masahiko Kobayashi, Kotaro Oka, Erich D.Jarvis, Kazuhiro Wada
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2010-11-15
• [Presentation] Specialized motor-driven dusp1 expression in song nuclei of vocal learning birds. (2010)
  • Author(s): Haruhito Horita, Masahiko Kobayashi, Erich D.Jarvis, Kotaro Oka, Kazuhiro Wada
  • Organizer: 日本神経科学会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2010-09-02
• [Presentation] キンカチョウの囀り行動頻度による囀り発達の影響 (2010)
  • Author(s): 大串恵理、和多和宏
  • Organizer: 日本動物学会 北海道支部
  • Place of Presentation: 旭川
  • Year and Date: 2010-08-21
• [Presentation] 囀り行動によって発現誘導されるエピジェネティクス関連遺伝子群の学習臨界期中の発現変化 (2010)
  • Author(s): 小林雅比古、和多和宏
  • Organizer: 日本動物学会 北海道支部
  • Place of Presentation: 旭川
  • Year and Date: 2010-08-21
• [Presentation] 音声発声学習における聴覚入力阻害による行動発達への影響 (2010)
  • Author(s): 森千紘、和多和宏
  • Organizer: 日本動物学会 北海道支部
  • Place of Presentation: 旭川
  • Year and Date: 2010-08-21
• [Presentation] 新規音声時系列構造の開発 (2010)
  • Author(s): 今井礼夢、和多和宏
  • Organizer: 日本動物学会 北海道支部
  • Place of Presentation: 旭川
  • Year and Date: 2010-08-21
• [Presentation] 発声行動依存的に誘導されるエピジェネティクス関連遺伝子ヒストンH3.3の学習臨界期間における脳内発現変化 (2010)
  • Author(s): 小林雅比古、和多和宏
  • Organizer: 日本エピジェネティクス研究会
  • Place of Presentation: 鳥取
  • Year and Date: 2010-05-29
• [Presentation] Auditory deprivation affects gene expression in vocal related pathway in songbird (2009)
  • Author(s): 森千紘・和多和宏
  • Organizer: 日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2009-12-11
• [Presentation] Multiple regulation of Egr family expression for vocal learning in songbird (2009)
  • Author(s): 今井礼夢・和多和宏
  • Organizer: 日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2009-12-11
• [Presentation] Immediate Early Gene dusp1 is Regulated by Natural Behavior in the Primary Sensory Areas and Vocal Areas of Birds (2009)
  • Author(s): 堀田悠人・Erich D Jarvis・岡浩太郎・和多和宏
  • Organizer: 日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2009-12-11
• [Presentation] キンカチョウ歌生成へRA神経細胞自発発火の及ぼす影響 (2009)
  • Author(s): 安島綾子・今井礼夢・森千紘・和多和宏・Neal A.Hessler
  • Organizer: 日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2009-09-18