光刺激依存的に発現する神経ペプチドを介して視覚中枢の神経回路を精緻化する機構

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K07148
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 井上 武 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 研究員 (40391867)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: プラナリア / 環境応答 / 神経科学 / 活動依存的発達 / 行動 / 神経ペプチド / RNAi

Outline of Annual Research Achievements

脳は高度な情報処理能力を持つが、その基盤となる複雑な神経回路は遺伝的な情報をもとに形成されると考えられてきた。しかし近年、幼若期に外界からの刺激入力を受けることが神経回路の精緻化に必要であることや、脳が損傷すると、外界からの刺激入力を元に脳内では、脳機能を補償するように神経回路の再編成が誘導されることが報告され、これらの結果は、外界からの刺激入力が、機能的に適応した脳の形成や再編成に重要な働きをしていることが示唆された。しかし、その機構の大部分は未解明である。本研究の目的は、感覚刺激によって機能的な脳を形成する分子機構について、プラナリアの脳再生をモデルとして明らかにすることである。
本研究では、まず、外界からの刺激が脳の形成に影響しているかを調べるために、プラナリアを複数に切断した後、2グループに分けて異なる環境下(通常条件と光遮断)で脳を再生させる実験を行った。その結果、光遮断されたグループは、正常に走光性行動を回復できなかったのに対して、光刺激があるグループでは、正常に行動を回復できることを発見し、その再現性を確認した。この結果から、光刺激が視覚機能の回復に重要な働きをしていることが示唆された。さらに、脳の視覚中枢の神経細胞で発現し、RNAiによって、光遮断下で再生したプラナリアと同じ表現型を示す遺伝子として、新規神経ペプチド遺伝子の同定に成功した。詳細な解析の結果、光刺激による視覚中枢神経細胞の活性化で当該遺伝子の発現が上昇することを発見した。今後さらに詳細な分子メカニズムを解明していく予定。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

環境刺激-脳形成-脳機能-行動の一連の制御機構を解析するにあたりプラナリアをモデルにできることを確認できた。また、本年度の到達目標であった、外部光刺激に依存して発現上昇する神経ペプチド遺伝子の同定と特徴解析を一部行うことができた。

Strategy for Future Research Activity

おおむね当の初計画通りに順調に進んでおり、計画通りに次年度も進めていく予定。

Research Products

• [Journal Article] Multiple neuropeptide-coding genes involved in planarian pharynx extension (2016)
  • Author(s): Shimoyama, S., Inoue, T., Kashima, M. and Agata, K.
  • Journal Title: Zool Sci Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Control of maintenance and regeneration of planarian eyes by ovo (2015)
  • Author(s): Cross, S. D., Johnson, A. A., Gilles, B. J., Bachman, L. A., Inoue, T., Agata, K., Marmorstein, L. Y. and Marmorstein, A. D.
  • Journal Title: Invest Ophthalmol Vis Sci Volume: 56 Pages: 7604-7610
  • DOI: 10.1167/iovs.15-17458
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Unusually large number of mutations in asexually reproducing clonal planarian Dugesia japonica (2015)
  • Author(s): Nishimura, O., Hosoda, K., Kawaguchi, E., Yazawa, S., Hayashi, T., Inoue, T., Umesono, Y. and Agata, K.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Pages: e0143525
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0143525
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Spontaneous behaviors and wall-curvature lead to apparent wall preference in planarian (2015)
  • Author(s): Akiyama, Y., Agata, K. and Inoue, T.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Pages: e0142214
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0142214
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] External signals restore the brain function via novel neuropeptide up-regulation during brain regeneration (2015)
  • Author(s): T.Inoue, T. Takano, Y. Umesono, and K. Agata
  • Organizer: 第 40 回日本比較内分泌学会大会 日本比較生理生化学会第37回大会 合同大会
  • Place of Presentation: 広島市、JMS アステールプラザ
  • Year and Date: 2015-12-11 – 2015-12-13
• [Presentation] RNAi を用いたプラナリアの摂食行動に関わる神経系の同定 (2015)
  • Author(s): 下山せいら、井上武、阿形清和
  • Organizer: 日本動物学会第86回大会
  • Place of Presentation: 新潟市、朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2015-09-17 – 2015-09-19
• [Presentation] プラナリアにおける温度走性を制御する脳機能 (2015)
  • Author(s): 井上武
  • Organizer: 日本動物学会第86回大会 第5回ホメオスタシスバイオロジーシンポジウム「温度受容と環境適応のメカニズム」
  • Place of Presentation: 新潟市、朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2015-09-17 – 2015-09-19
  • Invited
• [Presentation] Planarian feeding behavior (2015)
  • Author(s): S. Shimoyama, K. Agata, T. Inoue
  • Organizer: 4th International Seminar on Biodiversity and Evolution
  • Place of Presentation: Kyoto University, Kyoto
  • Year and Date: 2015-06-09 – 2015-06-10
  • Int'l Joint Research