2020 Fiscal Year Research-status Report
逃避行動最適化の１神経細胞における神経応答のシナプス解剖学的解析
| Project/Area Number |
19K06912
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Women's Medical University |
|---|
Principal Investigator |
堀 沙耶香 東京女子医科大学, 看護学部, 講師 (20470122)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 行動最適化 / 行動選択 / シナプス発生 / 神経回路形成 / 神経生理 / 行動生理 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
「行動最適化」とは、動物が環境や状況に応じて、最も適した行動を取ることである。中でも、身体への損傷リスクが高い有害刺激は命の危機に直結し、強さによって行動を変えることが重要である。本研究は、この重要な生存戦略の「逃げる行動の最適化」が、脳（中枢）の１つの神経の中で、どのように処理されるかを知ることを目的とする。
「１つの神経で、刺激の強さをどのように受け取り、次の神経に出力するか？」は重要な課題であるが、詳細はまだわかっていない。申請者はこれまでに、実験動物として唯一、全ての神経の繋がりが明確な線虫（C. elegans )を用いて、行動最適化の精度を観察する新しい解析系を確立した。そして、ヒトにも似た遺伝子が存在するunc-130遺伝子が機能を失うと、強い刺激でも弱い刺激かのような行動に変わる（感覚鈍麻）ことを報告した。当該年度において、申請者は、unc-130変異体では、行動最適化の中枢神経で、情報出力に関わると期待されるカチオンチャネルnca-2が発現低下していることを示す一方、電気シナプス構成因子のinx-1は変化がないことを見出した。同様に感覚鈍麻型の行動最適化異常をきたすlin-32変異体では、inx-1の発現が低下しており、unc-130とlin-32 の発現制御遺伝子の違い、および逃避行動最適化が複雑なシナプス機序で行われていることが明らかになった。
行動の最適化は、長年、人間の心理学分野で研究されてきたが、近年は「神経経済学（ニューロエコノミクス）」と呼ばれる研究分野も確立し、基礎研究と応用研究を橋渡しする重要な研究テーマとなった。本研究が目的とする、行動の最適化を担う「１つの神経」における、「シナプス」の機能を網羅的に解析した例はない。情報の入出力の全体像を理解しようとする試みは画期的であり、今後も最新の知見が得られると期待される。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
申請書の計画手順2. 二重変異体のAIB神経では、プレシナプスの構築は全て正常か？について：AIB神経をチャネルロドプシン2で人為的に興奮させた結果、野生株はターン行動が誘起されるのに対し、unc-130変異体ではターン行動が低下した。これは、AIB神経のプレシナプス出力の低下を示し、細胞内のカルシウム情報伝達系、もしくはプレシナプス構築、プレシナプスの放出低下のいずれかを示唆する結果を得た。
申請書の計画手順3. AIB神経の一部のシナプス欠損で、逃避回路の神経応答がどのように変わるか？について：AIB神経の上流の神経回路に位置する抑制性のAIA神経をヒスタミン依存性クロライドチャネルで抑制し、ターン頻度とAIB神経応答を観察する予定だったが、アポトーシス誘導による細胞除去実験に変更した。これは、カルシウムイメージングの結果から、AIAが当初予想していたよりも複雑なカルシウム応答パターン（カルシウム濃度上昇と低下を繰り返す、３相性の応答）を示すことが明らかになったためである。そこでまずは細胞除去実験を行い、AIAの応答の総和としての機能を知る必要があると考え、上記実験を選択した。その結果、AIAを除去した個体では強い刺激に対するターン行動が低下し、AIAは行動最適化において、ターン行動の割合を高める機能を持つことが示唆された。これまで、線虫の自由行動においては、AIAは自発的に起こるターン頻度を低下させることが報告されている。今回の結果は、個体の状況に応じた、AIAによる行動出力の違いを示唆する。
|
| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の解析により、AIA神経が行動最適化におけるターン行動の最適化に与える作用が初めて明らかになった。しかし、AIA-AIB間のシナプス構造（神経伝達物質と受容体）は明らかになっていない。AIA神経が主にアセチルコリンを放出すること、AIA-AIBは抑制性シナプスであることが過去の行動学的解析、および、本研究でのカルシウムイメージング結果から想定されることから、今後は、AIA-AIB間の抑制性アセチルコリン受容体の同定を試みる。
次に、unc-130の機能解明を目的とし、行動最適化回路形成に関わる遺伝子発現制御機序について解析予定である。具体的には、グルタミン酸作動性のAIB神経でのシナプス出力低下の要因となりうる、電位依存性カルシウムチャネル、およびグルタミン酸放出に関わる遺伝子の発現制御があるかを解析する計画である。
|
| Causes of Carryover |
新型コロナ感染症の流行により、学会渡航、および外部からの人の雇用が困難だったため、旅費と人件費が計画時と異なり、０円となった。また、同様に、大学への出勤停止期間もあり、リモートにてデータ解析を行うための設備投資を行ったため、その他が増額した。
|
Research Products
(1 results)
