2020 Fiscal Year Research-status Report
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20K21412
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小金澤 雅之 東北大学, 生命科学研究科, 准教授 (10302085)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | Drosophila / fruitless / 求愛行動 / 行動進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ショウジョウバエ神経系の性差形成はfruitless (fru) 遺伝子が司っており、fru発現神経回路は求愛行動発現の中核である。fru遺伝子の発現制御配列の変化などによってfru発現神経回路の接続が変化することが、求愛行動パターンの種特異性を生み出していると本研究では想定している。求愛行動パターン進化の基盤を探るために、本研究ではキイロショウジョウバエD. melanogasterとは大きく異なる求愛行動パターンを示すD. subobscuraに注目している。D. subobscuraの求愛では雌に向かって大きく吻を伸ばす婚姻贈呈行動が特徴的である。本研究に先立ち、D. subobscuraのfru遺伝子の5'上流配列にGAL4遺伝子を連結した人工遺伝子（= sub-fru-GAL4）をD. melanogasterに導入したトランスジェニックハエを作成し、sub-fru-GAL4発現ニューロン群の強制活性化を行うと婚姻贈呈様の吻伸展が誘導されることを明らかとしていた。さらに機能的モザイク解析によって婚姻贈呈様行動を誘起した原因ニューロン（Kissニューロン）を同定していた。2020年度はKissニューロンを選択的に操作するための系統の選別を行った。公開されているGAL4・LexA系統コレクションからKissニューロンに形態的に似た細胞を標識する系統を選別し、この系統とsub-fru-GAL4系統で共通に標識される細胞の中にKissニューロンが含まれることを明らかとした。選択的に標識されたKissニューロンの強制活性化では婚姻贈呈様吻伸展が誘起できた一方、シナプス伝達阻害によりD. melanogasterの求愛行動要素の一つであるリッキングが抑制された。これらの結果はKissニューロンは求愛行動において吻を伸ばすという行動パターン制御に深く関わることを示唆する。
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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
Kissニューロンは機能的モザイク解析により同定されていたが、モザイク法の制約により標的としたニューロンを再現性良く標識することは不可能であった。今回、D. melanogasterで確立されているGAL4/UASとLexA/lexAopという二つのbinary expressionシステムを組みあわせることで、Kissニューロンを選択的に標識可能としたことは大きな一歩であった。この選択的標識系統を用いることにより、モザイク解析では不可能であった様々な機能操作が可能となった。2020年度は強制活性化とシナプス伝達阻害に関して求愛行動への効果を解析することができた。現在、この選択的標識系統を用いて、fru遺伝子の異所発現効果も検討開始している。さらに、D. melanogasterで同定したKissニューロン標識可能な配列を利用して、D. subobscuraを用いたトランスジェニックハエの作出も開始している。研究計画の採択から8ヶ月としては順調な成果を上げていると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
D. melanogasterを用いた研究としては、2020年度に確立したKissニューロンを選択的に標識できる系統を利用して、Kissニューロンの機能解析を進める。現在までの研究で、KissニューロンはD. melanogasterの内在性fru遺伝子発現はないことが明らかとなっている。そこでKissニューロンに異所的にfru遺伝子を強制発現した際の効果を検討する。Fruタンパク質は細胞死の抑制や神経突起の展開に関係していることが報告されていることから、KissニューロンへのFruタンパク質の異所発現がこのニューロンの数や形態にどの様な変化をもたらすか解析する。さらにFruタンパク質の異所発現により求愛行動にどの様な影響が現れるかを詳細に解析する。D. subobscuraを用いた研究としては、2020年度末に開始したトランスジェニックハエの確立に注力する。D. melanogasterではKissニューロンを標識できる配列ではあるが、D. subobsuraで同等のニューロンを標識できるか否かは未知数であり、大きな挑戦である。D. subobscuraでもKissニューロン相当の細胞が標識できたならば、その機能操作（強制活性化やシナプス伝達阻害）を行い、求愛行動への効果を探る。
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| Causes of Carryover |
本研究課題は2020年7月に採択されたもので、今年度の研究期間は実質8ヶ月程度であった。さらに、covid-19の影響で研究活動の縮小も余儀なくされ、今年度は既存の装置を用いた行動実験に注力したため経費が抑えられた。また本研究で最も重要となるD. subobscuraを用いたトランスジェニックハエの作出は、研究協力者とともに2020年度末に開始したため、2020年度の経費の一部を次年度に残して運用することとした。
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