ゼブラフィッシュ嗅覚行動を司る神経回路メカニズムの分子遺伝学的解明

• Project Area: Systems molecular ethology to understand the operating principle of the nervous system
• Project/Area Number: 23115723
• 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: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 吉原 良浩 独立行政法人理化学研究所, シナプス分子機構研究チーム, シニア・チームリーダー (20220717)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2012: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2011: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 嗅覚 / 神経回路 / ゼブラフィッシュ / 性行動 / フェロモン / プロスタグランジン / 嗅覚受容体 / 匂い地図 / 嗅覚系 / 誘引行動 / 忌避行動 / 遺伝学的単一細胞標識法 / 高次嗅覚中枢

Outline of Annual Research Achievements

嗅覚系は物体から発せられる匂い分子を受容し、その情報を鼻から脳へと伝え、匂いのイメージを脳内に表現・創造・記憶あるいは快・不快の感情を誘起して、様々な行動を発現する神経システムである。私たちは多様な実験手法を統合的に利用可能なモデル脊椎動物としてのゼブラフィッシュの利点を最大限に活かし、好きな匂いへの誘引・嫌いな匂いからの逃避・フェロモンを介した性行動など嗅覚行動の基礎となる神経回路メカニズム解明へ向けて、様々な視点からの解析を行っている。
平成24年度は特に、性フェロモンによって誘起される性行動の神経回路メカニズムの解析を行った。排卵時の雌魚から分泌されるプロスタグランジンF2a（PGF2a）は雄魚を誘引する性フェロモンとして知られている。まず、PGF2aで刺激した魚の嗅上皮切片において140種類の嗅覚受容体遺伝子プローブと神経活動のマーカーである最初期遺伝子c-Fosプローブによる二重蛍光in situハイブリダイゼーションを行い、PGF2aで活性化された嗅細胞に発現する１種類の嗅覚受容体OR#1-1を同定した。このOR#1-1受容体をCOS7細胞に強制発現させて、各種フェロモン及び匂い分子投与によるcAMP産生を解析したところ、PGF2a投与によってのみcAMPの上昇が観察された。以上の結果からOR#1-1はPGF2aに対して特異的なフェロモン受容体であることが明らかとなった。次に性フェロモンPGF2aが駆動させるフェロモン神経回路を解析するために、GCaMP発現トランスジェニックゼブラフィッシュの脳における神経活動イメージング及びリン酸化Erkを神経活動のマーカーとした免疫組織化学解析を行った。その結果、嗅上皮へのPGF2a刺激によって、嗅球の腹内側部の特定の糸球体vmG、終脳の２つの神経核、さらには視床下部の１つの神経核が活性化されることを見出した。

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] Experience-dependent vs. experience-independent postembryonic development of distinct groups of zebrafish olfactory glomeruli (2013)
  • Author(s): Braubach OR, Miyasaka N, Koide T, Yoshihara Y, Croll RP, Fine A
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 33 Issue: 16 Pages: 6905-6916
  • DOI: 10.1523/jneurosci.5185-12.2013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Behavioral Transition from Attack to Parenting in Male Mice: a Crucial Role of the Vomeronasal System (2013)
  • Author(s): Kashiko S. Tachikawa
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 33 Issue: 12 Pages: 5120-5126
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2364-12.2013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tbr2 deficiency in mitral and tufted cells disrupts excitatory-inhibitory balance of neural circuitry in the mouse olfactory bulb. (2012)
  • Author(s): Muzuguchi, R., Naritsuka, H., Mori, K, and Yoshihara, Y.
  • Journal Title: J. Neurosci. Volume: 32 Issue: 26 Pages: 8831-8844
  • DOI: 10.1523/jneurosci.5746-11.2012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selective wheat germ agglutinin (WGA) uptake in the hippocampus from the locus coeruleus of dopamine-β-hydroxylase-WGA transgenic mice (2012)
  • Author(s): Walling et al.
  • Journal Title: Frontiers in Behavioral Neuroscience Volume: 6 Pages: 23-23
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2012.00023
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 5T4 Glycoprotein regulates the sensory input-dependent development of a specific subtype of newborn interneurons in the mouse olfactory bulb (2012)
  • Author(s): Yoshihara S, Takahashi H, Nishimura N, Naritsuka H, Shirao T, Hirai H, Yoshihara Y, Mori K, Stern P. L. and Tsuboi A
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: Vol.32 Issue: 6 Pages: 2217-2226
  • DOI: 10.1523/jneurosci.5907-11.2012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vitronectin induces phosphorylation of ezrin/radixin/moesin actin-binding proteins through binding to its novel neuronal receptor telencephalin. (2012)
  • Author(s): Furutani, Y., Kawasaki, M., Matsuno, H., Mitsui, S., Mori, K. and Yoshihara, Y.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 287 Issue: 46 Pages: 39041-3904
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.383851
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Small GTPase Rab17 regulates dendritic morphogenesis and postsynaptic development of hippocampal neurons (2012)
  • Author(s): Mori, Y, Matsui, T., Fumtani, Y, Yoshihara, Y & Fukuda. M
  • Journal Title: J. Biol. Chem Volume: 287 Issue: 12 Pages: 8963-8973
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.314385
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ncam1a and Ncam1b-two carriers of polysialic acid with different functions in the developing zebrafish nervous system (2012)
  • Author(s): Langhauser M., et al
  • Journal Title: Glycobiology Volume: 22 Issue: 2 Pages: 196-209
  • DOI: 10.1093/glycob/cwr129
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetic visualization of the secondary olfactory pathway in TbX21 transgenic mice (2011)
  • Author(s): Mitsui S, et al
  • Journal Title: Neural Systems & Circuits Volume: 1 Issue: 1 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1186/2042-1001-1-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Skn-1a (Pou2f3) specifies taste receptor cell lineage (2011)
  • Author(s): Matsumoto I., et al
  • Journal Title: Nature Neuroscience Volume: 14 Issue: 6 Pages: 685-688
  • DOI: 10.1038/nn.2820
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 嗅覚のメカニズム (2011)
  • Author(s): 吉原良浩
  • Journal Title: EPTA Volume: 51 Pages: 8-12
• [Journal Article] ゼブラフィッシュ嗅覚系の神経行動学 (2011)
  • Author(s): 小出哲也, 他
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 49 Pages: 601-609
• [Presentation] ゼブラフィッシュ嗅覚行動の神経回路基盤 (2013)
  • Author(s): 吉原 良浩
  • Organizer: 第90回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-03-27
  • Invited
• [Presentation] Olfactory receptors, neural circuits, and behaviors in zebrafish (2013)
  • Author(s): Yoshihara Y.
  • Organizer: Symposium on Sensory Systems Neural Circuits
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2013-02-11
  • Invited
• [Presentation] Olfactory circuits and behaviors in zebrafish (2012)
  • Author(s): Yoshihara Y.
  • Organizer: Cold Spring Harbor Conferences Asia: Neural Circuit Basis of Behavior and its Disorders
  • Place of Presentation: Suzhou, China
  • Year and Date: 2012-11-05
  • Invited
• [Presentation] Receptor and neural circuitry activated by sex pheromone PGF2α in zebrafish (2012)
  • Author(s): Yabuki el al.
  • Organizer: The 10th International Symposium on Molecular and Neural Mechanisms of Taste and Olfactory Perception (YR Umami Forum 2012)
  • Place of Presentation: Fukuoka, Japan
  • Year and Date: 2012-11-03
  • Invited
• [Presentation] ゼブラフィッシュの嗅覚行動を司る神経回路素子の同定 (2012)
  • Author(s): 吉原 良浩
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2012-09-18
  • Invited
• [Presentation] Olfactory circuits in zebrafish (2012)
  • Author(s): Yoshihara Y.
  • Organizer: XVI International Symposium on Olfaction and Taste
  • Place of Presentation: Stockholm, Sweden
  • Year and Date: 2012-06-23
  • Invited
• [Presentation] Neural circuit mechanisms for olfactory behaviors in zebrafish (2012)
  • Author(s): Yoshihara Y.
  • Organizer: International Symposium Formation and Function of Brain Networks : From Genes to Behavior
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 2012-01-12
• [Presentation] Anatomical organization and development of olfactory pathways that may mediateinnate and learned behaviors in zebrafish (2011)
  • Author(s): Fine A., et al
  • Organizer: 41st Annual Meeting of the Society for Neuroscience (Neuroscience 2011)
  • Place of Presentation: Washington, DC, USA
  • Year and Date: 2011-11-12
• [Presentation] ゼブラフィッシュの嗅覚行動を司る神経回路メカニズム (2011)
  • Author(s): 吉原良浩
  • Organizer: 千里ライフサイエンス振興財団セミナー匂い・香り・フェロモン
  • Place of Presentation: 豊中
  • Year and Date: 2011-11-04
• [Presentation] ゼブラフィッシュ嗅覚忌避行動を司る神経回路メカニズムの解明 (2011)
  • Author(s): 脇阪紀子, 他
  • Organizer: 日本味と匂学会第45回大会
  • Place of Presentation: 金沢
  • Year and Date: 2011-10-07
• [Presentation] 嗅球から高次中枢へ:ゼブラフィッシュ嗅覚系の機能構築 (2011)
  • Author(s): 宮坂信彦, 他
  • Organizer: 日本動物学会第82回大会
  • Place of Presentation: 旭川
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 嗅球から高次中枢へと至るゼブラフィッシュ嗅覚経路の包括的遺伝学的解析 (2011)
  • Author(s): 宮坂信彦, 他
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] 嗅覚神経回路選択的遺伝子発現エンハンサーOCEと蛍光カルシウムセンサーGCaMPを用いたゼブラフィッシュ嗅覚ニューロン活動のin vivoイメージング (2011)
  • Author(s): 小出哲也, 他
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] ゼブラフィッシュが好きな匂いと嫌いな匂い:嗅覚社会行動の神経回路基盤 (2011)
  • Author(s): 吉原良浩
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2011-09-15
• [Presentation] ゼブラフィッシュにおける性行動発現の嗅覚メカニズム-プロスタグランジンF2αによって活性化される神経回路素子の同定- (2011)
  • Author(s): 矢吹陽一, 他
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2011-09-15
• [Book] 脳科学の教科書 (2011)
  • Author(s): 吉原良浩
  • Publisher: 岩波書店