2018 Fiscal Year Research-status Report
線虫の性的成熟に伴う感覚情報処理回路の変化とその分子的制御機構の解析
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17K07503
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
藤原 学 九州大学, 理学研究院, 助教 (70359933)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 行動可塑性 / 性的成熟 / 化学走性 / イメージング解析 / ギャップ結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
C. elegansでは、成長に伴って生殖細胞が増殖すると、嗅覚回路のうちAWA-AIA-AIB神経での匂い応答が変化し、餌の匂いに対する走性行動が亢進する。本研究課題では、生殖細胞の増殖のシグナル、ターゲット回路にそれがどのように作用するのか、回路変化にはどのような分子が働くのか、神経活動イメージングも行いながら回路情報処理の解明をめざす。H30年度は、以下のことを明らかにできた。
1.生殖細胞の増殖に伴う走性の亢進を示さない４つの変異体について、匂い刺激時の神経活動をカルシウムイメージングで測定して、回路での情報処理のどこに異常があるのかを調べた。その結果、daf-22、eat-2、gcy-28 変異体では、生殖細胞が増殖していないときに本来は見られないはずのAIBの応答が起こることが分かった。
2.光作動性陽イオンチャネルをターゲット回路の最下流の介在神経細胞AIBに発現させて人為的に興奮させたところ、生殖細胞の増殖していない虫でも増殖している虫と同様の行動が誘起されたことから、ターゲット回路の下流の出力回路には変化がないことが示唆された。
3.H29年度の解析からGCY-28分子が神経軸索のギャップ結合に局在していることが明らかになったため、ギャップ結合のブロッカーとして働くunc-1(dn)遺伝子を細胞特異的に発現させて走性を調べたところ、ターゲット回路のAIA神経、または、AIAとギャップ結合を作るASI神経でのunc-1(dn)発現で、生殖細胞増植に伴う走性の亢進が正常に起きなくなることが分かった。
4.3の結果からASI神経がこの機構に重要な役割を果たしていることが示唆されたので、ASI神経で神経活動依存的に発現調節を受けることが知られている遺伝子の発現をgfpで可視化することで、生殖細胞の有無によってASIの活動が変化しているかを調べる測定系を確立した。
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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
上記の結果に加えて、以下のように生殖細胞増殖依存的な走性の亢進に働く新たな機能分子を同定できた。
5.走性亢進機構におけるギャップ結合の役割を調べる目的で線虫の７つのイネキシン変異体を用いて走性行動の解析を行った。その結果、inx-4遺伝子が生殖細胞増植に伴う走性の亢進に関わっていることが示された。
6.ターゲット回路を構成するAIA介在神経がアセチルコリン作動性であること、下流のAIBの応答が抑制性であることから、３つのアセチルコリン作動性Clチャンネルの変異体の走性行動の解析を行った。その結果、acc-3遺伝子が生殖細胞増植に伴う走性の亢進に関わっていることが示された。
一方で、どのような生殖細胞の増殖によってどのようなシグナル・生理学的条件の変化が回路の調節を引き起こすのか、トリガーとなる機序の解明が進んでいないので、進捗状況を「概ね順調」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記２の光遺伝学的解析、上記４の活動依存的転写のモニター解析を進めて、生殖細胞の増殖によって回路での情報処理がどのように変化しているのかを明らかにする。さらに、上記１、５、６の解析を進めて、どのような分子が回路のどこで働くことで情報処理の調節が行われるのかを明らかにする。また、これまでの結果からこの制御機構で重要な働きをすることが明らかになってきたASI神経は、様々な分子の転写が活動依存的に制御されていることが知られており、さらに分泌細胞として働いて他の神経細胞の機能に様々な影響を及ぼす細胞である。そのため、今年度はASI細胞を用いてシングルセルRNAseqも試み、生殖細胞増殖下と非増殖下でmRNAの発現パターンがどのように変化するかを調べる。これにより、回路制御に働く新たな分子の探索を行う。最後に今年度は、これらの結果をまとめた論文の発表を目指す。
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| Causes of Carryover |
H30年度は、H29年度に購入した光遺伝学ツール活性化用のLED光源などを使用して解析を進め、大きな支出をすることなく必要な研究環境を整えることができた。また、神経活動イメージング測定、変異体の行動解析、gfpの輝度値測定も、既存の設備やimageJなどのフリーソフトを活用して解析を行うことができ、大きな支出を産まなかった。そこで、今年はこの予算でシングルセルRNAseqの受託サービスを利用し、新しい機能分子の探索を開始することを計画している。また論文をまとめるため、論文掲載料の支出が予定されている。
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[Journal Article] Environmental responsiveness of tubulin glutamylation in sensory cilia is regulated by the p38 MAPK pathway.2018
Author(s)
Kimura Y, Tsutsumi K, Konno A, Ikegami K, Hameed S, Kaneko T, Kaplan OI, Teramoto T, Fujiwara M, Ishihara T, Blacque OE, Setou M.
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Journal Title
Sci Rep.
Volume: 8(1)
Pages: 8392
DOI
Peer Reviewed
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