2014 Fiscal Year Annual Research Report
統合型解析顕微鏡を用いた線虫Ｃ．ｅｌｅｇａｎｓの感覚応答行動制御メカニズムの解明
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14J01861
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
谷本 悠生 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | C. elegans / カルシウムイメージング / 嗅覚 / ナビゲーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「感覚入力に基づいて運動出力を制御する神経回路活動を、細胞レベルで理解すること」を目的とし、極めてシンプルな神経系を持つ線虫C. elegansをモデルとして、匂い勾配に沿った効率的な匂い応答行動を可能にする神経活動を明らかにする。これまでに我々は、独自に開発した統合型顕微鏡システムを用いて、C. elegansは匂い物質ノナノンに対して効率よい忌避を行うために、ノナノンの増加と減少を異なる2種類の感覚神経細胞により感知し、それぞれの感覚神経細胞の活動が方向転換と直進という拮抗した応答行動を引き起こすことを明らかにした。
今年度は、これら感覚細胞の活動を数理モデルによって記述し、またこのモデルに対応した遺伝子を同定した。一種類の感覚細胞は濃度増加に微分的に反応し、すばやく方向転換を引き起こしていた。これとは対照的に、もう一種類の感覚細胞は濃度減少に積分的に反応し、感覚情報をしばらく蓄積することで、慎重に正しい方向への直進を引き起こしていた。また、この積分的反応には、GPCR下流の3量体Gタンパク質が関与する事も明らかにした。
また、複数の神経細胞を同時にイメージングする際に得られる蛍光画像を効率よく解析するために、東北大学システム情報科学専攻 橋本浩一教授との共同研究として、複数の神経細胞の自動追跡を行い、その輝度の変化を自動で抽出するソフトウェアの開発を行った。さらに、このソフトウェアの性能評価をドーパミン作動性細胞を用いて行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
私は自ら共同研究として開発した統合型顕微鏡システムを用いて、極めてシンプルな神経系を持つモデル動物・線虫C. elegansの匂い忌避行動における神経活動と行動制御との関連を解明する事に取り組んでいる。初年度（平成26年度）は、忌避匂いを感知する２種類の感覚神経細胞に関して、それぞれの神経細胞のカルシウム濃度は、匂い濃度の時間微分およびその時間積分を極めて正確に反映している事などを明らかにした。高等動物において、神経細胞の時間積分的な応答活動は作業記憶や意思決定に重要な役割を果たすと考えられていたがその分子実体は明らかになっていない。遺伝学的解析が容易なC. elegansにおいて積分的応答を見出した事によって、「積分遺伝子」の同定が可能になったと考えられ、その意義は極めて大きい。また、共同研究により、複数の神経細胞を同時に自動追跡できる画像処理ソフトウェアも開発し、その性能評価のため複数のドーパミン作動性ニューロン活動の同時イメージングにも成功し、投稿準備を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
感覚神経細胞からの神経活動を統合してから、効率よい忌避行動に至るまでの神経回路活動を解明する。平成26年までに明らかにした拮抗する行動を引き起こす感覚神経細胞から、さらに下流の神経回路において忌避行動がどのように制御されているかを明らかにするため、候補となる神経細胞においてカルシウムイメージングを行う。全神経回路構造を参考にすると、AIZにおいて拮抗する感覚入力の統合が見られた場合は、その下流の神経細胞AVEやSMB、AIBにおいて統合が見られた場合は、AVBやRIM、RICにおいて統合が見られた場合は、AVAやSMDなどが候補となる。これらの候補細胞は、運動神経細胞か、運動神経細胞に多数の神経接続をもち、特定の行動の発生を制御するコマンド神経細胞のいずれかである。これらの神経細胞においてノナノン濃度上昇・減少に対する応答を計測し、統合された感覚入力が効率のよい忌避行動をどのように制御しているのかを解明する。
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Research Products
(2 results)
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[Presentation] Neuronal mechanisms of decision making in C. elegans olfactory behavior revealed by a highly integrated microscope system2014
Author(s)
Tanimoto Y, Yamazoe A, Fujita K, Kawazoe Y, Miyanishi Y, Yamazaki S, Gengyo-Ando K, Nakai J, Fei X, Iwasaki Y, Hashimoto K, Kimura K
Organizer
C. elegans Development Topic Meeting/Asia-Pacific C. elegans Meeting
Place of Presentation
Nara, Japan
Year and Date
2014-07-15 – 2014-07-19
Int'l Joint Research
