2023 Fiscal Year Annual Research Report
行動発現のポテンシャルを作り出すニューロン操作技術の創出
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22H02726
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 耕世 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 主任研究員 (40451611)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ショウジョウバエ / 同性愛行動 / サトリ変異体 / 社会経験 / 孤独 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
雄との同棲生活後に活発に同性愛行動を示すようになったサトリ変異体雄成虫の脳神経系では、性行動をトリガーする司令ニューロンに神経活動の変化が生じることを示唆する電気生理学実験の結果を得ている。その分子機序を明らかにするため、細胞特異的なトランスクリプトーム解析の新たな方法として高感度リボソーム親和性精製（STRAP）を開発して、雄との同棲生活に依存して発現量が上昇あるいは低下する遺伝子を特定した。これらを当該のニューロンに限定して機能阻害した雄を雄どうしで同棲生活させ、それによって同性愛行動がどのくらい活発に引き起こされるかを、前年度までに構築した行動の自動定量解析方法によって評価した。この結果、STRAPによって特定した同棲生活依存的な遺伝子の中に、同性愛行動の発現を制御する遺伝子が複数含まれることが示唆された。この進展を手がかりとして、どのような分子機序が司令ニューロンの神経活動を変化させ、それが延いては活発な同性愛行動を導くかについて調べている。サトリ変異を持たない野生型の雄成虫を、あらかじめ雄と同棲生活させると、その後、雌に出会った際に示す求愛行動の活性が低下する現象が知られている。雄との同棲生活という経験が、サトリ変異を持つか持たないかによって、異なる行動のアウトプットを導く。この現象に着目して、サトリ変異体の場合と同様の解析を行ったところ、野生型についても行動の変化に寄与する遺伝子を複数特定することが出来た。次年度は、サトリ変異体-野生型間で神経機構の比較解析を行う。それによって、個体がサトリ変異を生得的に持つかどうかによって、同じ社会経験が脳神経系に異なる作用をもたらす神経機構について明らかにする。
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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
司令ニューロンに限定させた遺伝子操作によって、雄との同棲生活によって活発化する同性愛行動の発現を人為的に制御することが可能となったため。現在、特定された行動制御遺伝子のうち、電位依存性K+チャネルやその関連分子をコードする遺伝子に着目することによって、司令ニューロンの電気的な性質を変化させる神経機構を、サトリ変異体およびサトリ変異を持たない野生型の両方において明らかにする実験に取り組んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 雄との同棲生活依存的に発現変化を示すGAL4ドライバーの探索：雄との同棲生活に応答を示すニューロンを特異的に標識し、操作するための遺伝学的なツールを探索する。前年度までに特定した行動制御遺伝子に着目して、脳神経系における遺伝子発現パターンを反映するGAL4ドライバー系統を入手、あるいは新たに作製して、雄との同棲生活によって遺伝子発現量が司令ニューロン内で変化する現象を可視化する。GAL4発現細胞のうち、着目する司令ニューロンに限定してトランスジーンを発現させるため、インターセクション法やSplit-GAL4法を併用する。当該のGAL4ドライバーを用いて、個体の行動文脈や状況に応じてニューロンを強制活性化あるいは抑制する。これによって同性愛行動の発現を操作できるかを検討する。
2. 司令ニューロンの神経活動変化を引き起こす感覚入力経路の解明：雄との同棲生活やその剥奪は、司令ニューロンへと入力する感覚入力経路の可塑的な変化を引き起こす可能性を検討する。オスが発する性フェロモンや動作音、動きなどを受容し、司令ニューロンへと入力する感覚ニューロンに着目し、これらの神経活動を強制活性化、あるいは抑制する遺伝学的ツールを当該ニューロンに特異的なGAL4ドライバーを用いて発現させる。神経活動の継続的もしくは断続的な活性化（あるいは阻害）によって、雄との集団飼育効果を代替できるかを、司令ニューロンの神経活動記録によって検討する。
3. 脳のモデル化およびその検証・評価：前項までに得られるニューロンの動作機構をコンピューター上でシミュレーション・再現できるかを検討する。ニューロンの電気生理学的な動作を計算可能なモデル（数式）として表現し、ハエの脳神経系に倣ったニューロモルフィック・コンピューティングへの応用可能性を検討する。
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