嗅覚情動行動を担う嗅皮質機能単位の解析

• Project Area: Mesoscopic neurocircuitry: towards understanding of the functional and structural basis of brain information processing
• Project/Area Number: 25115708
• 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 University of Tokyo
• Principal Investigator: 山口 正洋 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (60313102)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2014: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2013: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 嗅結節 / 情動行動 / ドメイン構造 / ドーパミン受容体 / rabies virus / ドーパミン

Outline of Annual Research Achievements

嗅覚に基づく行動の多くは強い情動によって駆動されるがその神経回路機構は不明である。我々は、匂いと報酬の連合学習に基づくマウスの匂いに対する誘引行動時と、匂いと侵害刺激の連合学習に基づくマウスの匂いに対する忌避行動時において、嗅皮質の一領域である嗅結節の異なるドメインが活性化することを見出した。嗅結節はドーパミン投射を受ける腹側線条体でもあり、情動行動との関連が強く示唆される。本研究はこの嗅結節ドメインを嗅覚情動行動の機能単位と考え、その回路構築と機能を理解することを目的とした。本研究により以下のことが明らかとなった。
・嗅結節の主要ニューロンであるmedium spiny neuron(MSN)は、１型ドーパミン受容体発現MSN(D1MSN)と2型ドーパミン受容体発現MSN(D2MSN)によって構成されていた。
・最初期応答遺伝子c-fos mRNAの発現解析から、匂いに対する誘引行動時には嗅結節前内側ドメインのD1MSN が、匂いに対する忌避行動時には外側ドメインのD1MSNが活性化することを見出し、嗅覚情動行動のタイプに応じて嗅結節のドメイン特異的、細胞種特異的な活性化がおこることを明らかにした。
・また、匂いに対する忌避行動時には前内側ドメインのD2MSNも活性化することから、ドメイン内でのD1MSNとD2MSNの相互作用による情動行動の調節機構の存在が示唆された。
・イムノトキシンを用いてマウス嗅結節前内側ドメインD1MSNを除去したところ、状況変化に対応した匂いに対する誘引行動の変化が起こりにくいことが観察され、前内側ドメインD1MSNが誘引行動の適正化に重要であると考えられた。
・嗅結節の生後発達を検討し、ちょうど新生仔の離乳期に嗅結節の発達が進み、固形餌摂食時に活性化し始めることを見出した。個体の新しい食べ物の学習に嗅結節が重要であることが示唆された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Nestin(+) tissue-resident multipotent stem cells contribute to tumor progression by differentiating into pericytes and smooth muscle cells resulting in blood vessel remodeling (2014)
  • Author(s): Klein D, Meissner N, Kleff V, Jastrow H, Yamaguchi M, Ergun S, Jendrossek V
  • Journal Title: Frontiers in Oncology Volume: 4
  • DOI: 10.3389/fonc.2014.00169
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Top-down inputs from the olfactory cortex in the postprandial period promote elimination of granule cells in the olfactory bulb (2014)
  • Author(s): Komano-Inoue S., Manabe H. Ota, M. Kusumoto-Yoshida I., Yokoyama T, Mori, K. and Yamaguchi M.
  • Journal Title: Eur. J. Neurosci. Volume: 40 Issue: 5 Pages: 2724-2733
  • DOI: 10.1111/ejn.12679
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Critical periods in adult neurogenesis and possible clinical utilization of new neurons. (2014)
  • Author(s): Yamaguti, M. and Mori, K
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 8 Pages: 1-3
  • DOI: 10.3389/fnins.2014.00177
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Continuous postnatal neurogenesis contributes to formation of the olfactory bulb neural circuits and flexible olfactory associative learning. (2014)
  • Author(s): Sakamoto, M., Ieki, N., Miyoshi, G., Mochimaru, D., Miyachi, H., Imura, T., Yamaguchi, M., Fishell, G., Mori, K., Kageyama, R., Imayoshi, I.
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 34 Pages: 5788-5799
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reorganization of neuronal circuits of the central olfactory system during postprandial sleep. (2013)
  • Author(s): Yamaguchi, M., Manabe, H., Murata, K., Mori, K.
  • Journal Title: Frontiers in Neural Circuits Volume: 7
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Understanding the new neurons in the olfactory bulb within the large olfactory neuronal network (2015)
  • Author(s): Masahiro Yamaguchi
  • Organizer: 第１２０回日本解剖学会第９２回日本生理学会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場・神戸
  • Year and Date: 2015-03-23
• [Presentation] 嗅覚系のニューロン新生と嗅覚神経回路の可塑性 (2014)
  • Author(s): 山口正洋
  • Organizer: 第７回香りと味に関する産学フォーラム
  • Place of Presentation: 東京大学・東京
  • Year and Date: 2014-11-07
• [Presentation] Activity-dependent integration of adult-born granule cells into neuronal circuits of the mouse olfactory bulb (2014)
  • Author(s): Naritsuka H, Mori K, Yamaguchi M
  • Organizer: 第３７回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜・横浜
  • Year and Date: 2014-09-12
• [Presentation] Synchronized top-down inputs from the olfactory cortex during postprandial sleep participate in the enhanced cell death of adult-born granule cells in the olfactory bulb (2013)
  • Author(s): Sayaka Komano, Hiroyuki Manabe, Mizuho Ota, Ikue Kusumoto-Yoshida, Takeshi Yokoyama, Kensaku Mori, Masahiro Yamaguchi
  • Organizer: 43th SfN annual meeting “NEUROSCIENCE 2013”
  • Place of Presentation: San Diego, California, USA
• [Presentation] Adult-born granule cells form synapses at distinct subcellular domains of projection neurons in the mouse olfactory bulb (2013)
  • Author(s): Hiromi Naritsuka, Kensaku Mori, Masahiro Yamaguchi
  • Organizer: Neurogenesis 2013
  • Place of Presentation: Matsushima, Miyagi, Japan
• [Presentation] 成体嗅覚系における神経細胞の入れ替わり機構 (2013)
  • Author(s): 山口正洋
  • Organizer: 第８６回日本生化学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、横浜
• [Book] Interneurons in the olfactory bulb: roles in the plasticity of olfactory information processing. In: “The olfactory system: from odor molecules to motivational behaviors” (Ed.) Mori K (2014)
  • Author(s): Masahiro Yamaguchi
  • Total Pages: 36
  • Publisher: Springer