2013 Fiscal Year Research-status Report
マーブルクレイフィッシュ光走性スイッチング機構に関する行動生理学的解析
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25440165
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
長山 俊樹 山形大学, 理学部, 教授 (80218031)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | マーブルクレイフィッシュ / 走性 / 神経スイッチ / 薬理行動学 / 可塑性 / セロトニン / ドーパミン |
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| Research Abstract |
マーブルクレイフィッシュの光走性の性質が昼夜で負から正へ逆転する神経機構を解明する第一歩として、H２５年度は（１）逆転現象を定量的に解析し、（２）逆転を引き起こす神経化学的基盤を薬理行動学的に解析した。
（１）１２Ｌ／１２Ｄの明暗サイクルで飼育したマーブルクレイフィッシュ、ＬＤ個体を用い、明期から暗期への移行時、あるいは暗期から明期へ移行時のＬＤ個体の光に対する応答性をT字迷路を用い解析した結果、i）移行後応答性は徐々に逆転し、４時間後には完全に逆転すること、ii）日中４時間暗黒下に置き暗順応させたＬＤ個体は、正の光走性を示すこと、iii）恒暗下で飼育したDD個体は、日中の実験でも正の光走性を示すが、４時間光環境においた後実験すると負の光走性を示すようになることがわかり、外部光環境に同調して、光走性の性質が切り替わることが明らかとなった。
（２A）脊椎動物や節足動物において生体アミンが様々な神経修飾作用を持つことが知られている。この光走性応答切り替えに生体アミンが関与していると想定し、ザリガニ体腔内にセロトニン等の生体アミンを注射し、光刺激に対する応答変化を解析した結果、i）１μＭセロトニン投与により、LD個体の光応答が負から正へ切り替わった、ii）節足動物においてよくセロトニンと拮抗的に作用するオクトパミン投与は、LD個体、DD個体共に全く影響を持たなかった、iii）脊椎動物においてよくセロトニンと拮抗的に作用するドーパミン投与はLD個体の応答性には効果はなかったが、DD個体の光応答が正から負へ逆転、セロトニンとドーパミンが拮抗的に作用していることが明らかとなった。
（２B）更に、LD個体の暗順応時にセロトニン受容体ブロッカーを、一方、DD個体の明順応時にドーパミン受容体ブロッカーを注射し、解析した結果、LD,DD個体共に順応に伴う光走性逆転は起こらないことが明らかとなった。
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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
今回、１）なぜマーブルクレイフィッシュの光走性の性質が昼夜で逆転するのか？それがザリガニ自身の内因性変化なのか、それとも環境に依存したものなのか、また、２）どのようなスイッチング機構が働いているのか？初年度解き明かそうと考えていたこの２つの研究目的について、当初の研究計画どおり、概ね順調に研究を遂行することができた。光に対するザリガニの応用逆転が環境への順応に基づいていること、更に、生体アミンのセロトニンとドーパミンが拮抗的に作用し、光走性の性質が切り替わることを薬理行動学的に明確に証明できた。また、それぞれの受容体ブロッカー投与により、光環境順応時の行動切り替えが阻害できたことから、セロトニンとドーパミン信号系が収斂する場こそが行動切り替えの本体であるという新たな仮説を打ち立てることができ、その終着点が何なのかを明らかにするための、明確な作業仮説を打ち出すことができ、次年度以降の詳細な研究ビジョンを組み立てることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）セロトニン、ドーパミン受容体のほとんどはGタンパク質共役の代謝型受容体であり、二次メッセンジャー系を賦活化することで、作用を及ぼす。セロトニン、ドーパミン受容体はそれぞれ機能の異なるいくつかのサブタイプに分類され、ザリガニではセロトニン受容体は５HT１と５HT２サブタイプが同定されており、一方、ドーパミン受容体はD１、D２という２つのサブタイプが知られている。５HT１受容体は二次メッセンジャー系ｃAMP濃度を低下させ、５HT２受容体はIP３と呼ばれる別の二次メッセンジャー系の濃度を上昇させる。一方、D１受容体はｃAMP濃度を上昇、D２受容体はｃAMP濃度を低下させる。光走性スイッチの終着点がｃAMP濃度の増減であると想定し、今後、２つの薬理行動学的解析を遂行する。i）LD個体の暗順応時に５HT１受容体、あるいは５HT２受容体に特異的に作用するブロッカーを注入し、それぞれの薬理効果を解析する。同様に、DD個体の明順応時にD１、D２受容体に特異的なブロッカー投与の効果を解析し、仮説の妥当性を検証する。５HT１受容体、D１受容体特異的ブロッカー投与時にのみ、光走性切り替えが阻害されるはずである。ii）正の光走性を示すDD個体に膜透過型のｃAMPアナログを注射し、ドーパミン投与同様、負の応答に切り替わるか、また、明順応時にｃAMP合成酵素阻害剤を投与することで、正から負への応答逆転が起こらないか解析し、ｃAMP濃度増加に伴い、ザリガニは負の光走性を示し、ｃAMP濃度低下で正の光走性に切り替わるという仮説の妥当性を検証する。
（２）走性とは遺伝的にプログラムされた生得的行動の基本要素の一つであり、光刺激を報酬あるいは忌避性の匂い刺激と組み合わせた条件付けを行うことで、走性の性質が学習によって可逆的に変化するか否かの検証を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
火災対応等業務多忙につき、XPから７へのコンピューター更新のための発注が遅れ、入荷が次年度になったため。
４月中にwindow 7マシーンを３台購入予定。
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