2018 Fiscal Year Research-status Report
Color vision mechanisms based on color opponent cells
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18K06342
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| Research Institution | Tokyo University of Pharmacy and Life Science |
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Principal Investigator |
関 洋一 東京薬科大学, 生命科学部, 助教 (30634472)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 色覚 / ショウジョウバエ / パッチクランプ / 電気生理 / 反対色性 / 色識別 / 光受容体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物は少数の異なる分光感度を持つ光受容体の組み合わせによって、光の波長の違いを色の違いとして識別することができる。色覚生成のためには、異なる光受容細胞からの情報を比較する反対色細胞の存在が重要である。しかし、反対色応答形成の神経基盤や反対色細胞からの情報が統合される神経機構はよくわかっていない。本研究では、視覚情報処理経路において、脊椎動物と多くの機能構造的共通性を持つショウジョウバエを用い、色覚生成機構の神経基盤を解明することを目的とする。特に、反対色応答を示すニューロンを回路の中で同定し、それらの細胞が反対色応答を生成する神経メカニズムと反対色細胞からの情報がその後どのように統合されていくかを明らかにすることを目指す。
2018年度はin vivo ホールセルパッチクランプ法を用い、初期視覚中枢から高次視覚領域のニューロンを対象に、300nm-650nmの光刺激に対する波長応答特性を計測した。多くのニューロンは広帯域の波長の光に興奮性の応答を示し、サルやミツバチなどで見つかっている典型的な反対色応答を示すニューロンや狭領域の波長に応答を示すニューロンの存在は確認できなかった。また、パッチクランプ法での計測の難しい視髄の2次ニューロンからカルシウムイメージング法の確立を試み、自発活動および光刺激に対する応答の計測に一部成功している。さらに、熱忌避による色識別の連合学習系を用い、野生型を用いて6種類の異なる波長のLEDの組み合わせに対する色識別能を評価し、光受容体の変異体を用いて各光受容体の色識別への寄与について調べた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
代表者はこれまでに、300-650nmまでの波長の光刺激を25nmステップで与える視覚刺激系の確立とショウジョウバエ視覚系におけるin vivo ホールセルパッチクランプ法の適用を行ってきた。本研究では、最初に反対色細胞の候補である視髄の2次ニューロンを対象に計測を試みた。しかし、細胞体サイズの小ささから安定的な計測系の確立に至っていない。そこで次に、細胞体サイズのもう少し大きい初期視覚中枢から高次視覚領域のニューロンを対象に、ある程度ランダムに標的細胞を定め、波長応答特性の計測を行った。現在までに40個ほどのニューロンの計測に成功し、光刺激に対するON応答、OFF応答の違いからいくつかの応答パターンに分類した。多くのニューロンは広帯域の波長の光に興奮性の応答を示し、反対色応答を示すニューロンや狭領域の波長に特異的に応答を示すニューロンは見つかっていない。また、視髄のニューロンの応答計測に対する相互補完的なアプローチとして、時間分解能は低いものの空間分解能は高く、技術的にも少し易しいカルシウムイメージング法の確立を行っている。確率は低いものの、自発活動および光刺激に対する応答の計測に成功しており、より安定的な計測系に改良を進めている。また、同定したニューロンが色覚に重要であるかを評価するために、色識別の行動実験による検証が必要である。2018年度はこれまでの研究で確立してきた色識別の熱忌避連合学習系を用い、野生型を用いて6種類の異なる波長のLEDの組み合わせに対する色識別能を調べた。さらに、その結果を光受容体空間における各光刺激波長間の距離と比較して評価した。また、光受容体の変異体を用いて各光受容体の色識別への寄与について調べた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の現在の課題は波長応答特性を計測したニューロンの同定である。現状の方法はある程度ランダムに標的細胞を定め、記録後の細胞内染色によってニューロンの同定を試みている。形態が染色できた場合、分枝領域や形態の特徴から、過去の知見やデータベースを参照し、ニューロンを同定することができる。しかし、現状では形態染色に成功する確率があまり高くない。染色条件の改良や技術的な熟練によって精度を改善する必要がある。また、特異的な神経群を遺伝学的手法でGFPなどを発現させ標的細胞とした場合に、計測の成功率が低いという問題もある。標的の数が少ない場合に、それらを確実に露出し、良好な計測対象とする技術の改善が必要である。
カルシウムイメージングの確立にむけては、安定的な計測を実現するために、応答のみられる適切な条件を確立することが課題である。また、動きに対する補正や刺激タイミングに対する蛍光強度変化を正確に評価できる解析プログラムの作成を進めている。
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| Causes of Carryover |
今年度の消耗品の購入に使用予定であった10万円を、次年度に使用できる額が少ないことから、次年度の消耗品費および旅費のための予算として繰り越した。
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