線虫をモデルとした自発行動制御の神経回路メカニズムの解明

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K14308
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 安藤 恵子 埼玉大学, 理工学研究科, 特任教授 (40221741)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: カルシウムイメージング / G-CaMP / 線虫

Outline of Annual Research Achievements

動物は、外部からの感覚刺激がなくても行動を開始し制御するが、自発行動発現の神経メカニズムはよくわかっていない。本研究は、シンプルな脳を持つ線虫を対象にして、自発行動を生成・制御する神経回路メカニズムを明らかにすることを目的としている。線虫はわずか302個のニューロンしかなく、全神経回路接続が記載されている唯一の動物である。行動発現に関わる神経回路を明らかにするためには、行動中の動物の神経活動をリアルタイムで可視化する必要がある。我々は、高速レーザー顕微鏡に自動追尾装置を統合した顕微鏡システムを開発してきたが、さらに操作性に改良を加え、イメージングシステム（ICaST）を確立した。また、頭部神経節ニューロンにG-CaMPあるいはR-CaMPを発現するトランスジェニック線虫を複数系統作出した。線虫は主に前進しながら餌を探索するが、時々自発的に後退する。ICaSTシステムを用いてG-CaMP/R-CaMP発現線虫の行動と頭部神経活動を記録し、前進から後退へのスイッチングに着目して神経活動を解析した。その結果、後退運動の開始前、開始時、および後退運動中に活動が活性化あるいは抑制されるいくつかのニューロンを見出した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は、所属研究室で開発された改良型カルシウムプローブを組み込んだ線虫を作成するとともに、ICaSTシステムを開発した。これにより、自由行動中の任意の部位の神経活動を高倍率・高解像度で可視化・解析することが可能になり、自発行動のイメージング実験系が確立されたことは大きな進展であった。さらに神経活動と行動の因果関係を明らかにするために、チャネルロドプシンを発現する線虫を作成して解析を行っているが、特定のニューロンのみを光刺激する実験系についてはさらなる検討が必要である。

Strategy for Future Research Activity

光遺伝学的手法、および神経細胞のレーザー破壊等で、行動と神経活動の関連について解析を進める。特定のニューロンにチャネルロドプシン等の光アクチュエータ分子を発現するため、IR-LEGO法も検討し、光遺伝学の実験系を確立する。また、神経系変異体を用いてイメージング解析を行い、自発後退運動の制御に関わる分子を探索する。

Research Products

• [Journal Article] Generation and Imaging of Transgenic Mice that Express G-CaMP7 under a Tetracycline Response Element (2015)
  • Author(s): Sato M, Kawano M, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Nakai J, Hayashi Y
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Pages: e0125354
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0125354
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • Author(s): Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H.
  • Journal Title: Nat Methods Volume: 12 Pages: 64-70
  • DOI: doi: 10.1038/nmeth.3185.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] カルシウムシグナル (2015)
  • Author(s): 安藤恵子、中井淳一
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 66 Pages: 388
• [Presentation] G-CaMP7発現マウス大脳皮質脳細胞活動の細胞-領野スケール長期イメージング実験解析法 (2015)
  • Author(s): 茂木 優貴、安藤 恵子、沖 篤志、岩井 陽一、毛内 拡、平瀬 肇、大倉 正道、中井 淳一
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド （兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] 線虫C. elegansを用いた難治性てんかん責任遺伝子の機能解析 (2015)
  • Author(s): 岩瀬奏絵、永村ゆう子、中井淳一、安藤恵子
  • Organizer: 第133回 日本薬理学会関東部会
  • Place of Presentation: 柏の葉カンファレンスセンター（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2015-10-10 – 2015-10-10
• [Presentation] 超高速赤色カルシウムインディケーターの合理的設計による開発 (2015)
  • Author(s): 井上昌俊、竹内敦也、堀金慎一郎、大倉正道、安藤恵子、藤井哉、上條諭志、竹本―木村さやか、狩野方伸、中井淳一、喜多村和郎、尾藤晴彦
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場 （兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Neuronal mechanisms for C. elegans olfactory navigation revealed by a highly integrated microscope system (2015)
  • 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: 20th International Worm Meeting
  • Place of Presentation: University of California, USA
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 埼玉大学脳末梢科学研究センター ホームページ
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/index.html