2021 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
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19K06912
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| Research Institution | Tokyo Women's Medical University |
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Principal Investigator |
堀 沙耶香 東京女子医科大学, 看護学部, 講師 (20470122)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 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 |
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| 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、強い刺激で引き起こされるターン行動が低下し、弱い刺激で引き起こされる後退行動が増える（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、鼻先を金属片で叩く強い侵害刺激では、野生株と同等のターン率を示すことを明らかにした。これは、単なる運動異常ではなく、刺激応答（特に低から中程度）選択的な異常であることが示唆される。昨年度は、ターン行動の中枢神経であるAIB神経でnca-2（Novel Channel type/putative Nematode CAlcium channel）の発現低下を報告していたが、本年度はAIB神経選択的なNCA-2発現により、行動選択がレスキューされることを示した。
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。
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| 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4：unc-130とfkh-9 の遺伝子制御機構とは？について：
これまでの報告に挙げた通り、fkh-9の表現型は変異体の染色体リアレンジメントによるサイド・エフェクトであった。よって、この項目の実験は中止し、新たに追加した下記の実験を実施した。unc-130が発現制御を行う機能分子を同定する目的で、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した。結果、unc-130はacc-1, acc-2, acc-3, acc-4, lgc-46, lgc-49, goa-1, glr-1, eat-4, snb-1, inx-1の発現には寄与しないことがわかった。また、gar-1, gar-2, gar-3, tag-180, unc-2, cca-1, nca-1, unc-36, ccb-2機能欠損株では 逃避行動最適化の異常はなく、これらの分子も逃避行動最適化との関連はないことが示唆された。
申請書の計画手順5：モデル図の作成について：
AIB神経のプレシナプスとポストシナプス、化学シナプス、あるいは電気シナプスの形成機構と、それぞれのシナプスが神経応答を符号化するモデル図を作成し、学術論文に投稿・掲載された。
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| Strategy for Future Research Activity |
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、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。
これまでにスクリーニングで得た逃避行動最適化に関わる遺伝子の候補から、fkh-9以外にunc-130と関連するものがあるかを解析する予定である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナ感染症により、予定した海外出張がオンラインになったため、次年度使用額が生じた。一方で、新型コロナ感染症により、必要な実験量が本年度確保できず、次年度に延期した為、次年度の物品費使用額への繰り越しが必要であると判断した。
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Research Products
(1 results)
