2017 Fiscal Year Research-status Report
神経ネットワークで異種感覚情報を統合する普遍的メカニズムの解明
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16K07007
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| Research Institution | Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University |
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Principal Investigator |
村山 孝 沖縄科学技術大学院大学, 情報処理生物学ユニット, 技術員 (50435921)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | C. elegans / 感覚統合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では神経ネットワークにおける情報処理の普遍的メカニズムを理解するため、線虫C. elegansのアルカリ性pHに応答する味覚系を用い誘因性と忌避性の感覚情報の統合機構を研究する。C. elegansはpH9に誘引され、pH11を忌避する。これまでの研究からpH9－pH11の刺激に対してアルカリ性pH受容神経ASELとASHがそれぞれ誘因性、忌避性のシグナルを送ることを明らかにし、下流ネットワークでの統合による行動決定モデルを提唱した。
本年度はASELとASH受容神経から前進・後退の運動指令を伝達するコマンド介在神経まで12種類の介在神経を含むシンプルなネットワークを標的にして、この神経ネットワークでの情報伝達とその調節について解析した。神経活動の測定はGCaMPカルシウムインディケーターを細胞特異的に発現した遺伝子組換え個体を用いた。感覚神経に比べて介在神経では刺激に応じたカルシウム濃度変化が小さい神経が多く、これまで用いていたGCaMP3では蛍光シグナルが非常に小さかったため、カルシウムインディケーターをより高感度なGCaMP6sに変更し解析をすすめた。これまでに9種類の介在神経についてカルシウムイメージングを行い、特に第1層の介在神経ネットワーク(AIY→AIZ→AIB)が誘因性、忌避性刺激に対して異なる特徴的な応答を示すことを見出した。AIBの下流神経RIMはAIBと類似した応答パターンを示すことからAIY-AIZ-AIBネットワークが下流ネットワークに対しても強い影響を持つことが示唆される。また標的の神経以外にもpH刺激に応じて頭部の運動神経が背腹で交互に興奮しており、頭部の運動神経もAIY、AIZのシナプス入力を受けることから頭部の屈曲による方向転換についても併せて解析をすすめている。
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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
C. elegansの介在神経ネットワークにおいて、カルシウムイメージング手法によりアルカリ性pHへの誘因または忌避応答に関与する神経を見出した。介在神経ネットワークの各神経応答を解析し、少数の神経から成るネットワークが誘因性、忌避性刺激に対して異なる活動パターンを示すことを明らかできたことから研究は概ね順調に進展していると考えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
マイクロ流路デバイス内に固定した線虫の神経イメージングに基づき、pH勾配をつけた寒天プレート上を自由行動中の線虫で標的神経のカルシウムイメージング解析を行なう。野生型線虫、変異体および遺伝子組換え線虫での解析を行い、感覚情報の統合に関わる遺伝子を同定する。
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