ゼブラフィッシュを用いた、脊椎動物脊髄運動系神経回路の動作原理の解明

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Systems molecular ethology to understand the operating principle of the nervous system
• Project/Area Number: 20115007
• Research Institution: National Institutes of Natural Sciences Okazaki Research Facilities
• Principal Investigator: 東島 眞一 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(共通施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 准教授 (80270479)
• Keywords: ゼブラフィッシュ / 運動 / 神経回路 / トランスジェニック / 脊髄

Research Abstract

本研究では、透明なゼブラフィッシュ幼魚を用い、トランスジェニック技術により特定のクラスの神経細胞を生きたままラベルできる利点をフルに活かして、脊椎動物脊髄運動系神経回路の動作原理解明を明らかにしていくことを目的としている。この目的のため、脊髄内のさまざまなクラスの神経細胞で、蛍光タンパク質、組み換え酵素Cre等を発現するトランスジェニックフィッシュを作製し、脊髄内神経回路の全般的な解剖学的解析を進めた。
特に、転写因子Chx10を発現する細胞に関して詳細な解析を行った。これまでの電気生理学的な解析により、脊髄Chx10細胞は遊泳行動時に同側の運動ニューロンにフェージックな興奮性入力をすることを明らかにしている。Chx10細胞群の遊泳行動における役割をさらに解析するために、Chx10発現細胞にチャネルロドプシンを発現する魚を作製し、様々な領域に光照射を行った。その結果、後脳の後方部から脊髄の前方部にわたる領域において、光刺激により遊泳行動の誘発が可能であることが示された。特に後脳後半部は光刺激に最も強く反応した。また、カルシウムイメージングや電気生理学的解析により、後脳Chx10細胞が仮想遊泳行動時に活動することを明らかにした。この結果は、脊髄のChx10細胞群に加えて、後脳後半部のChx10細胞群も遊泳行動に重要な役割を果たしていることを示唆している。

Research Products

• [Journal Article] A structural and functional ground plan for neurons in the hindbrain of zebrafish (2011)
  • Author(s): Kinkhabwara, A., Riley, M., Koyama, M., Monen, J., Satou, C., Kimura, Y., Higashijima, S., Fetcho, J.R.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.(USA) Volume: 108 Pages: 1164-1169
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetic visualization with an improved GCaMP reveals spatiotemporal activation of the spinal motor neurons in zebrafish (2011)
  • Author(s): Muto, A., Ohkura, M., Kotani, T., Higashijima, S., Nakai, J., Kawakami, K.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.(USA) Volume: 108 Pages: 5425-5430
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Compartmentalized Notch signaling sustains epithelialmirror symmetry (2011)
  • Author(s): Wibowo, I., Pinto-Teixeir, F, Satou, C., Higashijima, S., Lopez-Schier, H.
  • Journal Title: Development Volume: 138 Pages: 1143-1152
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The habenula is crucial for experience-dependent modification of fear responses in zebrafish (2010)
  • Author(s): Agetsuma, M., Aizawa, H., Aoki, T., Nakayama, R., Takahoko, M., Goto, M., Sassa, T., Amo, R., Shiraki, T., Kawakami, K., Hosoya, T., Higashijima, S., Okamoto, H.
  • Journal Title: Nature Neuroscience Volume: 13 Pages: 1354-1356
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of germline stem cells in the ovary of the teleost medaka (2010)
  • Author(s): Nakamura, S., Kobayashi, K., Nishimura, T., Higashijima, S., Tanaka, M.
  • Journal Title: Science Volume: 328 Pages: 1561-1563
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualizing voltage dynamics in zebrafish heart (2010)
  • Author(s): Tsutsui, H., Higashijima, S., Miyawaki, A., Okamura, Y
  • Journal Title: J.Physiology Volume: 588 Pages: 2017-2021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Proneural gene-linked neurogenesis in zebrafish cerebellum (2010)
  • Author(s): Kani, S., Bae, Y-K, Shimizu T, Tanabe, K., Satou, C., Parsons, M., Scott, E., Baier, H., Higashijima, S., Hibi, M.
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 343 Pages: 1-17
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dermal morphogenesis controls lateral line patterning during postembryonic development of teleost fish (2010)
  • Author(s): Wada, H., Ghysen, A., Satou, C., Higashijima, S, Kawakami, K., Hamaguchi, S., Sakaizumi, M.
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 340 Pages: 583-594
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Development and function of V2 neuron in zebrafish spinal cord.2nd Joint Meeting of the French and Japanese Societies for Developmental Biology (2010)
  • Author(s): Higashijima, S.
  • Organizer: 2nd Joint Meeting of the French and Japanese Societies for Developmental Biology
  • Place of Presentation: Institute Pasteur (Paris)
  • Year and Date: 2010-05-27
• [Presentation] ゼブラフィッシュの逃避運動に重要な役割を果たす、特殊なクラスの交差型抑制性介在ニューロン (2010)
  • Author(s): 東島眞一
  • Organizer: 第87回生理学会大会
  • Place of Presentation: 盛岡市民文化ホール(岩手県盛岡市)
  • Year and Date: 2010-05-21