Analysis of neuronal circuits that control body posture using larval zebrafish

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18KK0215
• Research Institution: Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences
• Principal Investigator: 東島 眞一 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 教授 (80270479)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷本 昌志 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 助教 (30608716) ; 木村 有希子 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 助教 (70581122)
• Project Period (FY): 2018-10-09 – 2022-03-31
• Keywords: ゼブラフィッシュ / 有毛細胞 / 前庭感覚 / イメージング / 回転顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

姿勢を保つためには，内耳で受容される前庭（頭部の傾きや加速度）感覚入力を適切な運動出力に変換することが極めて重要である。その神経回路は従来考えられていたよりも多様で複雑であることが報告されてきているが，個々の細胞を同定したうえで活動を生体内で記録することが難しく詳細な理解には及んでいない。本研究では，透明で生体イメージングに適したゼブラフィッシュ幼魚を対象として姿勢制御に関わる神経回路の構成と動作機構を調べた。
まず，頭部が傾いた際の神経細胞の活動を可視化するために，電動回転ステージ，共焦点スキャナ，sCMOSカメラやその他の光学パーツを組み合わせてカスタム顕微鏡を組み上げた。画像分割光学系を用いて緑色／赤色蛍光画像を同時取得し，蛍光強度比を算出することで傾斜刺激に伴って生じるアーティファクトを低減させた。この新規光学系を用いることにより，360度任意の傾斜刺激を与えながら任意の神経細胞の活動をCa2+イメージングで可視化することが可能となった。
なお、本実験においては、研究分担者谷本昌志が、フランスソルボンヌ大学のVolker Burmuth博士とウェブで密接にコミュニケーションを取って研究を進めた。これにより、新たな顕微鏡の組み上げとイメージングを円滑に進めることが可能となった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

コロナ禍により、海外の共同研究者のラボに直接赴いて実験することができていない。これにより、実験に若干の遅れが生じている。

Strategy for Future Research Activity

これまでに構築したイメージングシステムを用いて、頭部の傾きを受容する内耳前庭器官の有毛細胞、そこから前庭情報を脳へ伝達する前庭神経節ニューロン、前庭情報を受容し適切な運動指令を脊髄へ送る前庭脊髄路ニューロンや網様体脊髄路ニューロンが、どのような頭部の傾きに対して活動するのかを単一細胞レベルのカルシウムイメージングで調べる。
さらに、ニューロン活動と姿勢制御行動との関係を調べるため、傾斜刺激中のゼブラフィッシュ仔魚の姿勢制御行動を高速度カメラで撮影する。また、活動が見られたニューロンをフェムト秒パルスレーザーで破壊して行動への影響を調べ、前庭神経回路の活動と姿勢制御行動との因果関係を明らかにする。

Causes of Carryover

2020年3月頃からはじまる、新型コロナウィルスの世界的大流行により、海外の共同研究者との共同研究に遅延が生じた。特に、米国、フランスの共同研究者の研究室へ直接赴いて実験を行うことがまったく不能になり、研究の進捗に遅延が生じた。そのため、研究期間を1年延長したため次年度使用額が生じた。