光遺伝学による神経回路と行動の解析

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24247001
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 森 郁恵 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90219999)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 感覚神経細胞 / 記憶・学習 / 温度走性 / Cエレガンス / 神経回路

Outline of Annual Research Achievements

これまで主に感覚神経細胞であるAFD神経細胞で確立してきたオプトジェネティクスによる神経活動の操作を、介在神経細胞であるRIA 神経細胞に適用することで、調べることが難しかった介在神経細胞の機能解明を進めた。RIA神経細胞特異的に光依存性プロトンポンプであるArchを発現させた線虫系統を作成し、温度勾配上で自由行動する線虫個体に対して光刺激を行い、神経活動と行動を計測した。神経活動計測には遺伝的にコードされたカルシウムインディケーターであるGCaMPを用い、RIA特異的にGCaMPとArchを発現させた線虫を用いた。この線虫は光刺激がない場合は確率的な神経活動を示し、黄色光刺激によりその活動が抑制された。RIA介在神経細胞の活動制御とその計測は世界で初めて実現することができ、Archによる神経活動の抑制が光刺激により速やかに実現できることが確認された。この線虫系統を用いて、自由行動下で黄色光刺激によるRIA特異的な神経活動の抑制を行い、行動の変化を定量的に計測、解析した。当初の予想と異なり、RIAの長時間の抑制は温度勾配上で培養温度へと移動する温度走性行動は抑制せず、常に光刺激のある条件でも一時間後に培養温度へと移動した。そこで、より細かな行動の変化を捕らえるため、短時間の光刺激に対する、方向転換や体の屈折制御などの細かい行動を解析した。神経活動と行動の同時計測を実施すると、黄色光刺激により神経活動が低下することと、それに伴い首の屈折に偏りがあることが示唆された。首部分の微妙な制御による方向の決定は、移動する際に決定的な影響があるため、この微妙な制御にRIA介在神経が関わることで、温度走性を含む探索・意思決定を制御していることが予想される。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Single-Cell memory regulates a neural circuit for sensory behavior. (2016)
  • Author(s): Kobayashi, K., Nakano, S., Amano, M., Tsuboi D., Nishioka, T., Ikeda, S., Yokoyama, G., Kaibuchi, K., Mori, I.
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 14 Pages: 11-21
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2015.11.064
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reconstruction of Spatial Thermal Gradient Encoded in Thermosensory Neuron AFD in Caenorhabditis elegans. (2016)
  • Author(s): Tsukada, Y., Yamao, M., Honda, N., Shimowada, T., Ohnishi, N., Kuhara, A, Ishii, S., Mori, I.
  • Journal Title: J. Neurosci Volume: 36 Pages: 2571-2581
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2837-15.2016
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Optically Detected Magnetic Resonance of Nanodiamonds In Vivo; Implementation of Selective Imaging and Fast Sampling. (2015)
  • Author(s): Yoshinari, Y., Mori, S., Igarashi, R., Sugi, T., Yokota, H., Ikeda, K., Sumiya, H., Mori, I, Tochio, H., *Harada, Y. and Shirakawa, M.
  • Journal Title: J Nanosci Nanotechnol. Volume: 15 Pages: 1014-1021
  • DOI: 10.1166/jnn.2015.9739
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular biology of thermosensory transduction in C. elegans. (2015)
  • Author(s): Aoki, I. and Mori, I.
  • Journal Title: Curr Opin Neurobiol. Volume: 34 Pages: 117-124
  • DOI: 10.1016/j.conb.2015.03.011
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Importance of cGMP Signaling in Sensory Cilia for Body Size Regulation in Caenorhabditis elegans. (2015)
  • Author(s): Fujiwara,M., Hino, T., Miyamoto, R., Inada,H., Mori, I., Koga, M., Miyahara, K., Ohshima, Y., Ishihara, T.
  • Journal Title: Genetics Volume: 201 Pages: 1497-1510
  • DOI: 10.1534/genetics.115.177543
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A glial K+/Cl－ cotransporter modifies temperature-evoked dynamics in Caenorhabditis elegans sensory neurons. (2015)
  • Author(s): Yoshida, A., Nakano, S., Suzuki, T., Ihara, K., Higashiyama, T., Mori, I.
  • Journal Title: Genes Brain Behav. Volume: 15 Pages: 42-440
  • DOI: 10.1111/gbb.12260.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Molecular, cellular, and circuit mechanisms underlying learning, memory and decision making (2016)
  • Author(s): 森 郁恵
  • Organizer: 新学術領域研究「神経細胞の多様性と大脳新皮質の構築」終了国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学小柴ホール, 東京都
  • Year and Date: 2016-02-11 – 2016-02-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 線虫C.elegansをモデル系としたイネキシンの機能解析 (2015)
  • Author(s): 塚本聡美, 延命大士, 西尾奈々, 笹倉寛之, 赤坂茉莉, 森 郁恵
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会ワークショップ
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場および神戸国際展示場, 神戸市
  • Year and Date: 2015-12-02 – 2015-12-02
• [Presentation] 線虫温度走性における情報コードの再構築 (2015)
  • Author(s): 塚田祐基, 本田直樹, 山尾将隆, 石井 信, 森 郁恵
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場および神戸国際展示場, 神戸市
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] 線虫C.elegansにおける記憶の更新に関する分子および神経回路の解析 (2015)
  • Author(s): 青木一郎, 井原邦夫, 森 郁恵
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場および神戸国際展示場, 神戸市
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] 感覚情報の時間統合を担う分子神経基盤 (2015)
  • Author(s): 中野俊詩, Giles C. Andrew, 鈴木孝征, 佐野文菜, 東山哲也, 森 郁恵
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場および神戸国際展示場, 神戸市
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] The C. elegans MAST Kinase Acts through Stomatin to Regulate Thermotaxis Behavior. (2015)
  • Author(s): Nakano S, A. C. Giles, Ikeda M, Suzuki T, Sano A, Higashiyama T, Mori I.
  • Organizer: C.elegans 20th International Meeting2015
  • Place of Presentation: University of California, LA, アメリカ合衆国
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermal memory and behavioral regulation revealed by calcium imaging of the cultured neurons and neural circuits. (2015)
  • Author(s): Kobayashi K, Nakano S, Amano M, Tsuboi D, Nishioka T, Ikeda S, Yokoyama G, Kaibuchi K, Mori I.
  • Organizer: C.elegans 20th International Meeting2015
  • Place of Presentation: University of California, LA, アメリカ合衆国
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] INX-4/Innexin in AFD sensory neurons is required to regulate thermotaxis behavior in C. elegans. (2015)
  • Author(s): Tsukamoto S, Emmei T, Nishio N, Sasakura H, Akasaka M, Mori I.
  • Organizer: C.elegans 20th International Meeting2015
  • Place of Presentation: University of California, LA, アメリカ合衆国
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-28
• [Presentation] 記憶情報探索行動の分子および神経回路基盤の解明 (2014)
  • Author(s): 森 郁恵
  • Organizer: 新学術領域研究「神経細胞の多様性と大脳新皮質の構築」領域班会議
  • Place of Presentation: 京都大学芝蘭会館
  • Year and Date: 2014-12-19 – 2014-12-20
• [Presentation] K+/Cl- Cotransporter KCC-3 functions in glia- like cells and regulates in thermotaxis behavior in C.elgans. (2014)
  • Author(s): Yoshida A, Nakano S, Suzuki T, Higashiyama T, Ihara K, Mori I.
  • Organizer: 第45回生理学研究所 国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 生理学研究所, 岡崎市
  • Year and Date: 2014-11-26 – 2014-11-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Roles of BK Potassium Channels in Memory Updating in C.elegans. (2014)
  • Author(s): Aoki I, Ihara K, Mori I.
  • Organizer: 第45回生理学研究所 国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 生理学研究所, 岡崎市
  • Year and Date: 2014-11-26 – 2014-11-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 線虫神経回路における意思決定、学習と記憶のデコーディング (2014)
  • Author(s): 森 郁恵
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜, 横浜市
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
  • Invited
• [Presentation] 線虫C.elegansにおける記憶の更新に関する分子および神経回路の解析 (2014)
  • Author(s): 青木一郎, 井原邦夫, 森郁恵
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜, 横浜市
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Unveiling principle of neural circuits underlying learning, memory and decision making. (2014)
  • Author(s): Ikue Mori
  • Organizer: The 11th International Congress of Neuroethology and the 36th Annual Meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター, 札幌市
  • Year and Date: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] System identification and reconstruction of sensory neural activity during thermotaxis behavior in C.elegans. (2014)
  • Author(s): Tsukada Y, Honda N, Yamada M, Murase A, Shimowada T, Ohnishi N, Kuhara I, Ishii S, Mori I.
  • Organizer: The 11th International Congress of Neuroethology and the 36th Annual Meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター, 札幌市
  • Year and Date: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Memory updating in Caenorhabditis elegans. (2014)
  • Author(s): Aoki I, Ihara K, Mori I.
  • Organizer: The 11th International Congress of Neuroethology and the 36th Annual Meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター, 札幌市
  • Year and Date: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The roles of biogenic amines on feeding state-dependent thermotactic behavior in C.elegans. (2014)
  • Author(s): Tsukamoto S, Nakano S, Mori I.
  • Organizer: CeNeuro2014 C.elegans Topic meeting: Neural development, synaptic function & behavior
  • Place of Presentation: ウィスコンシン大学マディソン校, アメリカ合衆国
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] K+/Cl- Cotransporter KCC-3 regulates thermotaxis behavior in C.elegans. (2014)
  • Author(s): Yoshida A, Nakano S, Suzuki T, Higashiyama T, Ihara K, Mori I.
  • Organizer: CeNeuro2014 C.elegans Topic meeting: Neural development, synaptic function & behavior
  • Place of Presentation: ウィスコンシン大学マディソン校, アメリカ合衆国
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Differing Levels of MAST Kinase Activity Can Code Two Opposing Behavioral Drives During C.elegans Thermotaxis. (2014)
  • Author(s): Nakano S, de Ridder I, Suzuki T, Higashiyama T, Mori I.
  • Organizer: Differing Levels of MAST Kinase Activity Can Code Two Opposing Behavioral Drives During C.elegans Thermotaxis.
  • Place of Presentation: ウィスコンシン大学マディソン校, アメリカ合衆国
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Decoding neural circuits underlying learning, memory and decision-making (2014)
  • Author(s): Ikue Mori
  • Organizer: CSHL Asia Meeting, Neural Circuit Basis of Behavior and its Disorders
  • Place of Presentation: Suzhou Dushu Lake Conference Center, 蘇州, 中華人民共和国
  • Year and Date: 2014-05-12 – 2014-05-16
  • Int'l Joint Research / Invited