2017 Fiscal Year Annual Research Report
神経行動形質を決定付ける遺伝子―環境相互作用の細胞機構
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16H06371
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山元 大輔 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (50318812)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 賢一 北海道教育大学, 教育学部, 教授 (80214873)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 神経可塑性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、従来、fruitless(fru)の機能喪失の直接的帰結（遺伝）とみなされていたfru変異体の雄同士の求愛行動が、実は成虫羽化後の雄の集団飼育（環境）に依存して表出する表現型であるとの観察結果に基づいており、この環境依存的行動変容の分子・細胞機序を解明することを主たる目的としている。初年度（平成２８年度）の研究によって、fru変異体雄に集団生活依存的同性愛行動をとらせる上で必要な条件として、実験容器が同種個体によってあらかじめ“conditioning”されていること、セロトニンが正常に合成されていることの２点を見出した。また、集団飼育後のsatori変異体が他個体に求愛する際には、動く標的の視覚刺激がその主要な解発因であること、求愛意思決定中枢であるP1ニューロンがその視覚刺激に対して興奮応答を示すこともわかっている。これらの知見に基づき、P1ニューロンから電気活動を記録し、集団生活後に特有の電流特性変化を探索した結果、特定のK+チャンネル電流に極めて明瞭な修飾が生じていることを発見した。このK＋チャンネルはいわゆるslow inactivating outword currentを発生させるものであり、その減弱は当該ニューロンの各電位をより脱分極側に保持する結果を生むと予想される。その結果、当該ニューロンからのシナプス出力が増大すると考えられ、例えば視覚入力を受けた際に過剰興奮をもたらすことも想定できる。これによって、satori変異体による経験依存的な求愛現象が説明できる可能性がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
社会化刺激の実体をなす感覚モダリティーが接触化学的入力である（容器にハエの残したdeposit）と考えられる一方で、経験依存的にsatori変異体雄が示す本来の求愛対象でない標的への求愛が視覚誘導性であるという、一見矛盾した知見が得られていた。この現象を説明する一つの仮説は、経験による行動修飾の要となっている細胞が、マルチモダリティー応答性であり、化学感覚と視覚の統合を基盤に求愛を起動する、というものである。そこで、集団生活の経験の有無によってP1ニューロンの一般的興奮性が変化する可能性を想定した。すなわち、ニューロン非シナプス膜のコンダクタンス変化に寄与するチャンネル群に着目することとし、膜電位固定下での膜電流成分解析を推し進めた。その結果、slowly inactivating K channel currentが集団生活の経験により著名に減弱するという驚くべき結果がえられた。このように２年度目の研究は順調に進捗した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３０年度には、上記の成果を土台とし、経験依存的に減弱する外向きK+チャンネル電流の分子実体を、遺伝学と電気生理学とを組み合わせて明らかにする。すなわち、ショウジョウバエで同定されているK+チャンネルのαサブユニットの全て、そしてαサブユニットと複合体を形成されることがわかっている他サブユニットの突然変異をsatori変異体に導入し、経験依存的なP1ニューロンのK+電流修飾に対するそれぞれの寄与を検討する。同時に、これらfruitlesssatoriとK+チャンネル遺伝子のダブルミュータントと推定シナプス前ニューロンとの接続関係を電気生理学的に検討する。また、同定したK+膜電流成分に対して、セロトニンがどのように修飾作用を及ぼすか、それがK+チャンネルサブユニットの遺伝的操作によってどのように影響を受けるかを調べる。これらの実験と並行し、集団生活後のFru変異体雄が不適切な視覚刺激に反応して求愛行動をとることに関連した視覚情報入力がどの視覚系の介在ニューロンを介してP1ニューロンの入力するのかをカルシウムイメージングにより解明する。
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Research Products
(9 results)
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[Journal Article] L-leucine and SPNS1 coordinately ameliorate dysfunction of autophagy in mouse and human Niemann-Pick type C disease.2017
Author(s)
Yanagisawa, H., Ishii, T., Endo, K., Kawakami, E., Nagao, K., Miyashita, T., Akiyama, K., Watabe, K., Komatsu, M., Yamamoto, D. and Eto, Y.
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 7
Pages: 15944
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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