線虫の神経回路の光操作から探る感覚と記憶に関わる神経の暗号

• Project Area: Systems molecular ethology to understand the operating principle of the nervous system
• Project/Area Number: 23115707
• 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: Konan University
• Principal Investigator: 久原 篤 甲南大学, 理工学部, 准教授 (00402412)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2012: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2011: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 線虫 / 神経回路 / シナプス / 光技術 / C. elegans / 温度応答 / 光駆動性チャネル / カルシウムイメージング / 神経伝達

Outline of Annual Research Achievements

感覚から記憶学習、そして行動にいたるまでの神経回路システムの解析を行なうための実験モデルとして、線虫C. elegansの温度走性行動をもちいている。昨年度までに、光応答性チャネルと分子遺伝学を組み合わせた解析から、感覚ニューロンと介在ニューロン間の新たな情報伝達の生理的暗号が見つかってきた(Kuhara et al., Nature commun, 2011)。本年度は、そのシナプス伝達におけるグルタミン酸情報伝達に関わる分子機構の解析を光技術を使って進めた。また、これまでに、光応答性チャネルをもちいて行動と神経活動の人工操作を行なってきたが、新たに温度記憶時の神経回路を操作して、記憶の生理学的特性をとらえるための解析装置を作成したため、初期段階の予備実験と共に報告する。
線虫の温度走性は、学習の側面からも解析されている。温度と餌条件の関連付け学習に関わる新規の変異体を解析し、その責任遺伝子を同定したところ、ヒトから線虫まで高度に保存されているα/β加水分解酵素ドメインを持つ新規のタンパク質をコードしていた。遺伝学的解析の結果、少なくともAWC感覚ニューロンにおいて、3量体Gタンパク質αサブユニットであるODR-3と同一経路上で機能していることが示唆された。
温度走性を行なっている際の運動を数理学的にとらえるために、集団行動の定量化を行った所、線虫が高温に移動する場合と、低温に移動する場合において、異なるbiased random walkを行なっていることが明らかとなった。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Synaptic Polarity Depends on Phosphatidylinositol Signaling Regulated by Myo-inositol Monophosphatase in Caenorhabditis elegans (2012)
  • Author(s): Kimata, T., Tanizawa, Y., Can, Y., Ikeda, S., Kuhara, A., Mori, I.
  • Journal Title: Genetics Volume: (印刷中)(未定) Issue: 2 Pages: 509-521
  • DOI: 10.1534/genetics.111.137844
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel and conserved protein AHO-3 is required for thermotactic plasticity associated with feeding states in Caenorhabditis elegans. (2012)
  • Author(s): Nishio, N., Mohri-Shiomi, A., Nishida, Y., Hiramatsu, N., Kodama-Namba, E., Kimura, K.D., Kuhara, A., and Mori, I.
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 17 Issue: 5 Pages: 365-386
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2012.01594.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 線虫Caenorhabditis elegansの温度応答を制御する神経情報処理メカニズム (2012)
  • Author(s): 大西憲幸、久原篤
  • Journal Title: 比較生理生化学 Volume: 29(3) Pages: 112-120
  • NAID: 10031123310
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 線虫の温度応答の分子生理メカニズム (2012)
  • Author(s): 久原 篤
  • Journal Title: 生物物理 Volume: 52(4) Pages: 200-202
  • NAID: 10030494713
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 神経活動の光操作とイメージングによる神経伝達の暗号解読 (2012)
  • Author(s): 久原篤
  • Journal Title: Genes & Genetic Systems Volume: 86, 6, supple Pages: 4-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neural coding in a single sensory neuron controlling opposite seeking behaviours in Caenorhabditis elegans (2011)
  • Author(s): Kuhara, A., Ohnishi, N., Shimowada, T., Mori, I.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 2:355 Issue: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/ncomms1352
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel and Conserved Protein Macoilin Is Required for Diverse Neuronal Functions in Caenorhabditis elegans (2011)
  • Author(s): Miyara, A., Ohta, A., Okochi, Y., Tsukada, Y., Kuhara, A., Mori, I.
  • Journal Title: PLoS Genetics Volume: VOL.7 Issue: 5 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1001384
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bidirectional regulation of thermotaxis by glutamate transmissions in Caenorhabditis elegans (2011)
  • Author(s): Ohnishi N., Kuhara, A., Nakamura, F., Okochi, Y., Mori, I.
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: Vol.30 Pages: 1376-1388
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neural coding of opposite seeking behaviors by stimulatory and inhibitory neurotransmission in a single sensoryneuron (2011)
  • Author(s): Kuhara, A., Ohnishi N., Shimowada T., Mori, I.
  • Journal Title: Genes & Genetic Systems Volume: 86, 6 Pages: 437-437
• [Presentation] 線虫の低温応答適応に関わる感覚神経系と分子機構 (2012)
  • Author(s): 宇治澤知代、桑原直人、太田茜、久原篤
  • Organizer: 分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2012-12-11
• [Presentation] Molecular physiological mechanism underlying neural circuit for temperature sensing and memory in C. elegans (2012)
  • Author(s): 久原 篤
  • Organizer: 第83回 日本動物学会年会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2012-09-13
• [Presentation] Temperature-resistance is regulated through sensory signaling in C. elegans (2012)
  • Author(s): 宇治澤 知代、太田 茜、桑原 直人、久原 篤
  • Organizer: 第83回 日本動物学会年会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2012-09-13
• [Presentation] 行動に関わる神経回路の生理暗号をさぐる (2012)
  • Author(s): 久原篤
  • Organizer: 第4回甲南大学生物学シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸、甲南大学(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-13
• [Presentation] 温度情報処理の神経回路システムの分子生理的解析 (2012)
  • Author(s): 久原 篤
  • Organizer: 包括型脳科学研究推進支援ネットワーク 夏のワークショップ
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] Seeking molecular and neural mechanisms of temperature response and resistance in C. elegans (2012)
  • Author(s): 宇治澤 知代, 園田 悟, 大久保 幸恵, 水谷 仁美, 長屋 ひろみ, 桑原 直人, 太田 茜, 久原 篤
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] 動物の温度応答の分子遺伝学 (2012)
  • Author(s): 久原 篤
  • Organizer: 遺伝学会年会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Invited
• [Presentation] Excitatory and inhibitory neurotransmission in a single sensory neuron direct opposite temperature-seeking behaviors (2011)
  • Author(s): Atsushi Kuhara, Noriyuki Ohnishi, Tomoyasu Shimowada, Ikue Mori
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜、パシフィコ横浜(ポスター発表)
  • Year and Date: 2011-12-13
• [Presentation] Adaptation and evolution against environmental temperature-changes in C.elegans (2011)
  • Author(s): 宇治澤知代、井上奈穗、前田諒、太田茜、久原篤
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜、パシフィコ横浜(ポスター発表)
  • Year and Date: 2011-12-13
• [Presentation] 暑がり屋さんの脳・寒がり屋さんの脳～温度感知と脳の仕組み～ (2011)
  • Author(s): 久原篤
  • Organizer: 動物学会近畿支部講演会「動物学が開く医療への扉」
  • Place of Presentation: 神戸、甲南大学(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-05
• [Presentation] 神経活動の光操作とイメージングによる神経伝達の暗号解読 (2011)
  • Author(s): 久原篤、大西憲幸、下和田智康、森郁恵
  • Organizer: 遺伝学会年会
  • Place of Presentation: 京都、京都大学(一般口頭発表)
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 感覚行動をつかさどる神経回路の情報処理の暗号 (2011)
  • Author(s): 久原篤、大西憲幸、下和田智康、森郁恵
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 姫路、兵庫県立大学(一般口頭発表)
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] Neural coding in neural circuit controlling seeking sensory-behavior (2011)
  • Author(s): 久原篤、大西憲幸、下和田智康、森郁恵
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 姫路、兵庫県立大学(招待講演)(シンポジウム)
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] Novel palmitoylated hydrolase AHO-3 regulates integrative behavior for temperature and feeding state in C.elegans (2011)
  • Author(s): Nana Nishio), Akiko Mohri-Shiomi, Naoya Hiramatsu, Eiji Kodama-Namba, Kotaro D.Kimura, Atsushi Kuhara), Ikue Mori
  • Organizer: Neuron 2011
  • Place of Presentation: 横浜、パシフィコ横浜(査読口頭講演)
  • Year and Date: 2011-09-15
• [Presentation] 線虫の温度感知にかかわる神経回路の光操作 (2011)
  • Author(s): 久原篤
  • Organizer: 神経組織の成長・再生・移植研究会第26回学術集会
  • Place of Presentation: 東京、東京医科大学(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-25
• [Presentation] Long term calcium imaging of AFD thermosensory neuron revealed behavioral strategy for exploratory movements during thermotaxis (2011)
  • Author(s): Yuki Tsukada, Tomoyasu Shimowada, Noriyuki Ohnishi, Atsushi Kuhara, Ikue Mori
  • Organizer: International C.elegans meeting
  • Place of Presentation: ロサンゼルス、UCLA(査読口頭講演)
  • Year and Date: 2011-06-23
• [Presentation] 光技術と分子遺伝学から探るシナプス伝達の暗号 (2011)
  • Author(s): 久原篤
  • Organizer: 生理研研究会「シナプス可塑性の分子基盤」
  • Place of Presentation: 岡崎、生理学研究所(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-16
• [Presentation] 線虫の神経回路の光操作から探る感覚と記憶に関わる神経の暗号 (2011)
  • Author(s): 久原篤、大西憲幸、下和田智康、森郁恵
  • Organizer: 包括型脳科学研究推進支援ネットワーク夏のワークショップ
  • Place of Presentation: 神戸、ポートピアホテル(一般ポスター発表)
• [Book] Someone (2012)
  • Author(s): 久原 篤
  • Total Pages: 31
  • Publisher: リバネス
• [Remarks] 久原研究室ホームページ
  • URL: http://kuharan.com/index.html
• [Remarks] 甲南大学研究者紹介
  • URL: http://researchers.adm.konan-u.ac.jp/html/100000141_ja.html