2013 Fiscal Year Annual Research Report
マルチスケール分析を用いた脳内環境変化による本能行動修飾の神経機構の解明
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24370031
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
神崎 亮平 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40221907)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 神経行動 / 昆虫 / 脳 / 行動修飾 |
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| Research Abstract |
本研究では、カイコガのフェロモン源定位行動とその情報処理系を対象とし，セロトニンの分泌による脳内環境の変化がもたらす基本回路の特性変化を，マルチスケールな手法により機能的に分析することで，脳内環境が行動を修飾する神経機構を明らかにし，環境に適応的な行動発現の基本原理を解明することを目的とする．
本年度は前年度に引き続き、脳内のセロトニン分泌細胞の入出力領域のマップの構築を目的として、セロトニン合成酵素の一つであるトリプトファン水酸化酵素遺伝子（BmTRH）のプロモーターを利用して、GAL4-UASシステムによりセロトニン分泌細胞でGFPを発現する遺伝子組換えカイコガ系統(BmTRH-GAL4/UAS-GFP)を複数作出した。オス成虫の脳におけるGFP標識細胞の分布を解析した結果、作出した系統の一つにおいて、前年度に得られた系統のGFP標識細胞に加えて、フェロモン情報処理の前運動中枢である側副葉に分枝する両側性のセロトニン分泌細胞群でGFPの発現が検出された。側副葉は、本研究におけるセロトニンによるフェロモン情報処理修飾の主要なターゲット領域の一つである。そこで、次年度では前年度および本年度作出した系統を用いてセロトニン分泌細胞の入出力マップを完成させるとともに、機能分析に関しては特に側副葉に分枝するセロトニン分泌細胞を中心に進め、行動を修飾する神経機構を明らかにする計画である。また上記の系統作出と並行して、セロトニン分泌細胞の生理計測や神経活動の制御に向けた予備的検討として、前年度作出した遺伝子組換え系統を用いて、カルシウム感受性蛍光タンパク質やチャネルロドプシン2を発現する遺伝子組換え系統を作出し、これらの系統の個体が正常に成虫まで成育することを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画では、本年度中にカルシウム感受性蛍光タンパク質GCaMPを利用したカルシウムイメージング法によるセロトニン分泌細胞の活動計測およびセロトニンの分泌による神経活動への影響を調べるとともに、光感受性イオンチャネルであるチャネルロドプシン2（ChR2）を利用したセロトニン分泌の制御とその神経活動への影響を調べる予定であった。このために、セロトニン合成酵素遺伝子のプロモーターを用いて前年度に作出した遺伝子組換えカイコガ系統を利用してGAL4-UASシステムにより、一部のセロトニン分泌細胞でGCaMPやChR2を発現する系統の作出には成功したものの、これらの系統ではフェロモン情報処理におけるセロトニンの主要なターゲット領域である触角葉、キノコ体、側副葉では導入遺伝子の発現が認められなかった。そのため、これらのターゲット領域で外来遺伝子の発現が可能なセロトニン合成酵素遺伝子のプロモーター系統を新たに作出する必要が生じたため、計画にやや遅れが生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度および本年度作出した遺伝子組換え系統を利用して、形態や機能の詳細な分析を進める。特に本年度の研究により、セロトニンによる行動修飾の主要なターゲット領域の一つである可能性が高い側副葉に分枝する両側性神経細胞群が標識された遺伝子組換え系統を得ることに成功したため、セロトニン分泌細胞の機能分析および人為的制御によるセロトニン分泌の行動への影響に関する分析に関しては、他の領域と並行しつつも、特に側副葉を研究の主要な対象として注力することで、行動を修飾する神経機構の解明を推進する予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度は解析のターゲットとする領域において導入遺伝子を発現する遺伝子組換えカイコガの作出と標識細胞の分布の分析に注力した。そのため、細胞内染色による単一細胞構造解析や生理実験による機能解析を集中的に実施する状況に至らなかった。平成26年度はこれらの研究を集中して実施する計画にしている。上記の理由から次年度使用額が生じた。
平成26年度は遺伝子組換えカイコガ作出の系統維持に係る餌代等の諸費用に加え、生理実験や細胞内染色に用いるガラス器具や薬品などの消耗品に主に研究費を使用する計画である。また遺伝子組換えカイコの飼育管理を行う実験補助員の人件費および国内外の学会での発表に係る旅費として使用する計画である。
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[Journal Article] Pheromone responsiveness threshold depends on temporal integration by antennal lobe projection neurons2013
Author(s)
Tabuchi M, Sakurai T, Mitsuno H, Namiki S, Minegishi R, Shiotsuki T, Uchino K, Sezutsu H, Tamura T, Haupt SS, Nakatani K, Kanzaki R
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Journal Title
Proc Natl Acad Sci U S A.
Volume: 110
Pages: 15455-15460
DOI
Peer Reviewed
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