2021 Fiscal Year Annual Research Report
遺伝学と全脳イメージングで解明する「複数型ドーパミン受容体による学習の多重制御」
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21H02533
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
木村 幸太郎 名古屋市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (20370116)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 昇平 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70311032)
佐久間 拓人 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20753627)
疋田 貴俊 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (70421378)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、先端的な分子遺伝学的技術・光学技術・データ科学的解析を組み合せることで、C. エレガンスで複数タイプのドーパミン受容体がひとつの「学習」を実現するメカニズムを解明すること、さらにマウスでの相同遺伝子解析により、新しいタイプのドーパミン受容体が高等動物においても重要な脳機能に関与するか否かを明らかにすることをめざしている。R3年度の研究実績の概要は以下である。
(1) 新タイプのドーパミン受容体に関して、fosmidを利用したGFPレポーターを作成し、このレポーターを発現する形質転換株を樹立した。さらに既知の様々な神経細胞選択的プロモータとの共発現実験を行い、発現細胞を同定した。
(2) これら新タイプドーパミン受容体を発現する神経細胞のうち特定の神経細胞でのみcDNAを発現する形質転換株を複数樹立した。
(3) 全脳神経活動イメージングと多色蛍光細胞同定の安定的な実験系を確立し、公開されている形質転換株を用いて全脳神経活動イメージングを行った。今後はデータ解析を行う。
(4) マウス遺伝学を用いてドーパミンD1受容体を発現する側坐核中型有棘神経細胞とドーパミンD2受容体を発現する側坐核中型有棘神経細胞をそれぞれ特異的に一細胞レベルでカルシウムイメージングを行う系を確立し、認知学習行動時の活動パターンを観察した。
(5) 他グループから公表されている全脳神経活動と細胞同定のデータを用いて、ランダム要素を排除して神経活動間の相関を分析し、ボトムアップ式にネットワーク構造の推定を行った。
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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
基本的には問題なく、予定に沿って研究が進捗していると考えられるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
[1] 分子遺伝学的解析による新しいタイプのドーパミン受容体の機能細胞の同定：形質転換株を用いて新タイプドーパミン受容体変異体のどの神経細胞でcDNAを発現することで忌避匂い学習が回復するかを調べることで、当該遺伝子が機能する神経細胞を同定する。
[2] カルシウムイメージングによる学習前後の全脳神経活動の計測と、情報科学的解析による学習依存的な神経活動の抽出：取得したデータを解析すると共に、学習あり／学習なしの全脳神経活動を比較することで、学習依存的にどのようにネットワークの活動パターンが変化するかを明らかにする。また、確率ブーリアンネットワークの手法を用いて、個々の神経細胞の機能をトップダウンに推定する。
[3] 哺乳類での新タイプドーパミン受容体の解析：AlphaFold2などを用いた立体構造推定から、新タイプドーパミン受容体遺伝子に相同性の高いマウス遺伝子を探索し、これらの遺伝子に関してマウス脳内における発現パターン解析などを行う。
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