小脳神経回路にコードされる恐怖応答記憶のメカニズムの解明

• Project Area: Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems
• Project/Area Number: 26115512
• 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: Nagoya University
• Principal Investigator: 日比 正彦 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 教授 (40273627)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2015: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2014: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: 小脳 / 恐怖応答 / 記憶 / 神経回路 / 条件付け / 学習 / ゼブラフィッシュ / 遺伝学

Outline of Annual Research Achievements

脳の発達した動物では、嫌悪刺激と連動した感覚情報を受け取り学習し、同じ感覚情報を受けた場合に素早く反応できる。この反応は、恐怖刺激を無条件刺激、感覚情報を条件刺激とする恐怖応答学習としてとらえられる。本研究では、ゼブラフィッシュを用いて恐怖応答学習における小脳神経回路の役割を解析した。
１．小脳神経回路の神経活動をモニターまたは神経活動を操作できるTg系統の作製：小脳神経回路を構成する顆粒細胞、プルキンエ細胞、eurydendroid細胞、下オリーブ核ニューロン、およびBergmannグリア細胞、に改良型転写活性化因子Gal4を発現するTg系統を作製した。また、プルキンエ細胞特異的遺伝子aldocaのプロモーターを用いて、プルキンエ細胞にGCaMP6s、ボツリヌス毒素BoTx-GFP、光遺伝学ツールを発現する系統を作製した。
２．恐怖応答学習において活動が制御される小脳神経回路の検索：受精後約20日のゼブラフィッシュ稚魚を、顕微鏡ステージ上にアガロースで固定し、電気ショックを無条件刺激、消灯を条件刺激として、恐怖条件付けを行う実験系を確立した。全ての神経細胞にGCaMP7aを発現する稚魚を用いて恐怖応答学習実験を行い、学習に相関して活性化される小脳ニューロンを見出した。
３．恐怖応答学習における小脳神経回路の役割の解明
小脳体の顆粒細胞に特異的なGal4系統とGal4依存性にボツリヌス毒素を発現する系統を交配し、顆粒細胞の機能を抑制したゼブラフィッシュ稚魚を作製し、恐怖応答学習実験を行った。その結果、小脳体の顆粒細胞を阻害しても、条件刺激依存性の徐脈は誘導することができたが、顆粒細胞を阻害していないコントロールに比較して、徐脈の持続時間が延長した。この結果は、顆粒細胞からの信号が、恐怖応答の長さあるいは回復のタイミングを制御している可能性が示唆された。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] ype IV collagen controls the axogenesis of cereberr granule cells by regulating basement membrane integrity in zebrafish. (2015)
  • Author(s): Takeuchi, M., Yamaguchi, S., Yonemura, S., Kakiguchi, K., Sato, Y., Higashiyama, T., Shimizu, T., and, Hibi, M.
  • Journal Title: PLoS genet. Volume: 11 Issue: 10 Pages: e1005587-e1005587
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1005587
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] PRMT8 as a phospholipase regulates Purkinje cell dendritic arborization and motor coordination. (2015)
  • Author(s): Kim, J.D., Park, K.E., Ishida, J., Kako, K., Hamada, J., Kani, S., Takeuchi, M., Namiki, K., Fukui, H., Fukuhara, S., Hibi, M,. Kobayashi, M., Kanaho, Y., Kasuya, Y., Mochizuki, N., Fukamizu, A.
  • Journal Title: Sci. Adv. Volume: 1 Issue: 11
  • DOI: 10.1126/sciadv.1500615
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Establishment of Gal4 transgenic zebrafish lines for analysis of development of cerebellar neural circuitry (2015)
  • Author(s): Takeuchi, M., Matsuda, K., Yamaguchi, S., Asakawa, K., Miyasaka, N., Lal, P., Yoshihara, Y., Koga, A., Kawakami, K., Shimizu, T., and Hibi, M.
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 397 Issue: 1 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2014.09.030
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 真骨魚類に見る小脳の進化と発生 (2016)
  • Author(s): 比正彦、竹内未紀、山口信悟、松田光司、原雄一郎、榊原考将、工樂樹洋、吉田将之、清水貴史
  • Organizer: 第121回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • Place of Presentation: 郡山
  • Year and Date: 2016-03-28
  • Invited
• [Presentation] Transcriptome analysis of granule cells and Purkinje cells in zebrafish cerebellum. (2015)
  • Author(s): Takeuchi M, Yamaguchi S, Hayashi T, Sakakibara Y, Matsuda K, Hara Y, Hayashi T, Kuraku S, Shimizu T, Hibi M.
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] Roles of zebrafish cerebellar neural circuitry in classical fear conditioning. (2015)
  • Author(s): Matsuda K, Yoshida M, Asakawa K, Ohkura M, Nakai J, Kawakami K, Hibi M, Shimizu T.
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] Evolution and development of cerebellar neural circuitry in teleosts. (2015)
  • Author(s): Hibi M, Takeuchi M, Yamaguchi S, Matsuda K, Hayashi T, Hara Y, Hayashi T, Sakakibara Y, Yoshida M, Kuraku S, Shimizu T.
  • Organizer: 第48回日本発生生物学会大会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2015-06-02
• [Presentation] Formation and function of cerebellar neural circuitry. (2015)
  • Author(s): Hibi M.
  • Organizer: Zebrafish Systems Biology Workshop
  • Place of Presentation: Janelia Research Campus, Virginia, USA
  • Year and Date: 2015-04-22
  • Invited
• [Presentation] Roles of zebrafish cerebellar neural circuitry in the classical fear conditioning. (2014)
  • Author(s): Matsuda K, Yoshida M, Takeuchi M, Asakawa K, Ohkura M, Miyasaka N, Yoshihara Y, Nakai J, Kawakami K, Hibi M, Shimizu T.
  • Organizer: 第20回小型魚類研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-09-20 – 2014-09-21
• [Presentation] Dissection of cerebellar neural circuitry with zebrafish Gal4 gene/enhancer trap lines. (2014)
  • Author(s): Matsuda K, Takeuchi M, Asakawa K, Ohkura M, Miyasaka N, Yoshihara Y, Hayashi T, Kuraku S, Kawakami K, Hibi M, Shimizu T.
  • Organizer: 第47回日本発生生物学会大会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2014-05-27 – 2014-05-30
• [Book] "Deciphering Cerebellar Neural Circuitry Involved in Higher Order Functions" in New Principles in Developmental Processes. (2014)
  • Author(s): Hibi M, Shimizu T.
  • Publisher: Springer