Functional analysis of swimming locomotor network by optogenetics and live imaging at the single cell resolution

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K07433
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Animal physiology/Animal behavior
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: HORIE Takeo 筑波大学, 生命環境系, 助教 (10455925)
• Project Period (FY): 2016-10-21 – 2020-03-31
• Keywords: ホヤ / 遊泳運動 / 運動神経回路 / ニューロン / 光遺伝学 / 神経活動イメージング

Outline of Final Research Achievements

We performed functional analysis of swimming locomotor network of the ascidian larva which are comprised of 5 pairs of cholinergic neurons and 2 pairs of GABAegic/glycinergic neurons by optogenetics and live imaging at the single cell resolution. We also performed single cell transcriptome analysis of ascidian embryos to identify the specific marker genes for individual neurons. We identified the neurons that are essential for start swimming, keep swimming, stop swimming and modulate swimming. We also identified the transcription factors that are essential for the differentiation of individual neurons in the swimming locomotor networks in the ascidian larva by single cell transcriptome analysis.

Free Research Field

神経生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、ホヤ幼生の遊泳運動神経回路を構成する一つ一つのニューロンについてその生理的な機能やその発生プログラムを明らかにすることに成功した。その結果、ホヤの各ニューロン遊泳運動神経回路を構成するニューロンは機能的にも、発生的にも脊椎動物の脊髄神経回路と似ていることが明らかとなった。脊髄神経回路は、歩行運動など人の行動に重要な役割をする神経回路である。本研究から、単純なホヤ幼生の遊泳運動神経回路が複雑な脊椎動物の脊髄神経回路を理解するためのシンプルなモデルになり得ることが明らかとなった。