Neural basis of avoidance behavior from carbon dioxide mediated by the terminal nerve

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K06539
• Research Institution: Teikyo University of Science & Technology
• Principal Investigator: 小出 哲也 帝京科学大学, 総合教育センター, 准教授 (30247837)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 侵害受容ニューロン / 化学感覚 / 終神経 / 忌避行動

Outline of Annual Research Achievements

環境中の化学物質は鼻・口・皮膚等に存在する化学感覚ニューロンによって受容される。化学感覚ニューロンは、餌の探索・交尾相手の探索・危険からの回避など生存に欠かせない本能行動を駆動する。したがって、こうした化学物質が引き起こす生得的な誘引・忌避行動は、感覚刺激に応じて適切な行動を生み出す神経回路メカニズムを理解する上で強力なモデルといえる。
ゼブラフィッシュはその遺伝学的操作の簡便さや稚魚の透明性を利点として、感覚刺激の入力から反応の出力に至る神経回路を研究する脊椎動物モデルとして発展してきた。これまで音や接触刺激からの逃避行動が主な解析対称とされてきたが、化学感覚刺激に対する行動についてはほとんど報告がなかった。応募者は、侵害刺激として多くの動物の忌避行動を引き起こす二酸化炭素 (CO2) に注目してゼブラフィシュ侵害性化学感覚ニューロンの探索を行ってきた。その過程で、第０番脳神経である「終神経」が、特異的にCO2に応答すること、終神経をレーザーアブレーションで破壊するとCO2からの忌避行動が消失することを突き止めた。つまり、終神経はCO2センサーとして機能することを突き止めた。さらに、終神経の下流で三叉神経節、後脳の毛様体脊髄神経群を介して忌避行動が駆動されることを明らかにした（Koide, 2018）。本研究課題では、さらに終神経のトランスクリプトーム解析と感覚センサーの単離を目的として、RNAシークエンスを行い、いくつかのセンサー候補分子を得ることができた。CO2忌避行動をつかさどるセンサー分子・神経回路が明らかになれば、脊椎動物で初めて化学感覚の入力から行動出力に至る神経回路の全貌解明という意義がある。それだけでなくこれまでほとんど機能が分かっていない終神経の新たな研究分野の開拓とその機能解明に向けて役立つものと期待される。