2018 Fiscal Year Research-status Report
Investigation into mechanisms of preference decision-making occurring in the brain through analyses of gustatory second-order neurons
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18K14753
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| Research Institution | National Institute of Genetics |
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Principal Investigator |
宮崎 隆明 国立遺伝学研究所, 遺伝形質研究系, 博士研究員 (00777807)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 味覚 / 二次神経細胞 / ショウジョウバエ / 蛍光in vivoイメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
味覚系は、感覚情報に対する価値判断の機構にアプローチするのに大変優れた系である。なぜなら、味覚刺戟により惹き起こされる誘引行動は、視・嗅覚刺戟によって起こる行動に比べ、学習による変化の度合いが小さく、動物実験を通じてどれだけ好きかを決定する機構に迫りやすいからである。本研究では、豊富な分子遺伝学的手法が利用可能で、単純な神経系を持ちながら様々な味刺戟に対して状況に応じ適切に対応できるキイロショウジョウバエ（以下、ハエ）をモデルとして用いる。ハエでは、口で感じた味情報を脳に送る味覚感覚神経が既に同定されており、さらに、私は甘味刺激に反応する味覚感覚神経に接続する二次神経細胞を同定していたが、それと行動の決定との間にある神経回路を明らかでない。そこで本研究では、味覚二次神経細胞が味刺戟にどのように反応するか、また、味覚行動に際してどのような役割を持っているかを明らかにすることを通じて、味受容と行動決定の間の情報処理機構の解明することを目指した。
神経細胞の反応や役割を解析する際には、一部の細胞を遺伝学的に標識する系統を用いる。私は、本研究開始前までに甘味刺激に反応する味覚感覚神経に接続する二次神経細胞を標識する16系統を得ていたが、甘味の味覚二次神経細胞の全てを標識できていることを示唆する結果を得た。また、前記の16系統は味覚二次神経細胞と同時に他の神経細胞も標識していて行動実験に不都合だったので、他の神経細胞を標識しない系統を探索した。
神経細胞の反応の解析は蛍光in vivoイメージングにより行うが、この際に必要な同一個体内を用いた長時間に渡るイメージングを達成するための条件の検討を行った。
上記の研究で得られた結果を、私が本研究開始前までに得ていた味覚二次神経細胞に関する成果と合わせて、ECRO 2018を始めとする5つの学会で発表した。
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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
以下のような結果を得たので、おおむね順調に進展していると判断する。
甘味の味覚二次神経細胞の全てを標識できていることを示唆する結果を得た。本研究開始前に、それぞれ異なる一部の神経細胞を遺伝学的に標識する系統の中から、甘味刺激に反応する味覚感覚神経に接続する二次神経細胞を標識する16系統を得ていた。これらの系統で標識される細胞は15タイプに分類され、各タイプは2～40個の細胞からなる。一方、trans-Tango法と呼ばれる手法を用いて、甘味刺激に反応する味覚感覚神経のポストシナプス側の神経細胞全体を可視化したところ、それらの総数は150個だった。この数は前記の15タイプの細胞数の合計と一致したが、この事実は15タイプが全体を網羅していることを示唆する。
味覚行動実験において二次神経細胞のみを遺伝学的に操作できるようにした。上記の16系統は味覚二次神経細胞と同時に他の神経細胞も標識するため、これら系統を用いた行動実験では観察された表現型の原因が二次神経細胞の操作によるのか否か判別できない。そこで、二次神経細胞を標識するが他の細胞は標識しない系統を得る必要がある。本研究開始前までに15タイプの二次神経細胞のうちの1タイプについて4系統の候補を得ていたが、そのうち3系統は確かに該当の二次神経細胞と同じ細胞を標識することを確認した。また、別の1タイプについて26系統の候補を得た。
蛍光in vivoイメージングにより味覚二次神経細胞の活動を計測する実験の条件検討を行った。この実験では、糖分や、それに苦みなどの別の味物質が混ざったものなど、複数の刺激に対する反応を比較する。このために、同一個体内を用いて長時間に渡ってイメージングを行うことが必要なので、それを達成するための条件として最適な条件の探索を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
味覚二次神経細胞のみを標識することが確認された系統を用いて、その神経細胞のみを阻害したときに味覚行動がどのように変化するかを解析することで、その神経細胞が行動の制御にどんな役割を持っているかを明らかにする。神経細胞の阻害のために、この系統を用いてダイナミンの温度依存性優性機能欠失変異体（shibire）を特異的に発現させ、標的神経細胞のシナプス出力を抑制する。味覚行動としては、水と砂糖水とのうちから砂糖水の方を選好する行動や、2種類の匂いのうち片方のみを砂糖水と同時に提示したあとにその匂いの方を好むようになる連合学習を用いる。
上記とは別の味覚二次神経細胞のみを標識する可能性のある候補26系統のうち、どれが確かに二次神経細胞のみを標識するかを確認する。その後、上記と同様にして該当の二次神経細胞が味覚行動の制御にどんな役割を持っているかを確認する。
味覚情報が二次神経細胞でどのように符号化されているかを解析するため、細胞内カルシウム濃度の蛍光インジケーター蛋白質を味覚二次神経細胞で発現させ、in vivo イメージングの手法を用いて脳内の神経活動を計測する。これにより、様々な濃度や種類の味刺戟に対して標的の神経細胞がどのように活動するかを明らかにし、以て味情報の符号化のロジックを明らかにする。標的の神経細胞は甘味情報を受け取るものであるから、与える刺戟としては糖分や、それに苦みなどの別の味物質が混ざったものを用いる。
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| Causes of Carryover |
第一に、9月にヨーロッパで開催された学会に参加した際の費用が見込額よりも少なかったため、旅費の使用額が当初見込みの600千円より少なくなった。一方、次年度の1月（2020年）にインドで開催が予定されている学会に参加するための外国旅費として300千円を見込んでいたところ、この金額では不足する可能性が生じたので、今年度の未使用額を充当することにした。
第二に、光遺伝学的手法を用いて一部の神経細胞のみを特異的に活性化するための機材を購入するにあたって、どのような種類の機材にするかは途中結果の状況に応じて決める予定であった。しかし、今年度中に得られた結果だけでなくさらなる結果を得てからこの判断をした方が効率的に資金を活用できたので、この決定・購入を次年度に行うことにした。
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Research Products
(6 results)
