2016 Fiscal Year Annual Research Report
Connectomics Analysis of the Neural Networks that Regulate the Behavior of Drosophila
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26221002
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
伊藤 啓 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 准教授 (00311192)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 神経情報処理 / コネクトミクス / モデル動物 / イメージング / ショウジョウバエ / 発現誘導系統 / 行動制御神経 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳機能を理解する上で重要であるにもかかわらずこれまで知見が乏しかった、連合系と行動制御系を結ぶ神経回路について、神経の可視化や機能操作が容易なショウジョウバエをモデルにして網羅的に同定解析するコネクトミクス研究を行う。今年度はその第三年次として、候補脳領域にある神経の網羅的同定作業をさらに進めた。連合中枢と連絡する神経の体系的同定のために、脳上部に位置し連合中枢との情報入出力や行動制御中枢への情報出力を行う部位である SMP, SLP, SIP, CRE, CL 領域、また行動制御中枢に連絡する神経の体系的同定のために、脳後部に位置し行動制御神経に最も近い位置にある SPS, IB, ATL 領域、およびこれらに情報を送る重要な部位である LAL 領域について探索を行った。これらの領域に投射を持つ神経の候補を数百種類見いだし、それらを特異的にラベルするために、発現パターンが一部の細胞だけで重複するような2種類の発現誘導系統を組み合わせて、重複する細胞でのみ特異的に遺伝子発現を誘導できる「Split GAL4」系統を樹立するためのスクリーニングを大規模に行った。
また、体性感覚神経は行動制御のフィードバックに重要な役割を果たすにもかかわらず、これまでショウジョウバエでの詳細な構造や機能は解明されていなかった。体系的解析で末梢感覚器から脳に直接投射する神経と胸腹部神経節から脳に伸びる体性感覚介在神経の同定作業をほぼ終了し、体性感覚情報が脳のどこに送られるかがおおむね明らかになった。
行動制御中枢に隣接する領域には視覚高次処理も投射しており、その一部は波長特異的な接近／忌避行動に関与している。これらの神経の活動が行動制御にどのように働くのかを明らかにするため、新たに確立した波長特異的視覚神経刺戟装置を用いて、我々がこれまで同定してきた高次視覚処理神経の波長依存的な活動をイメージング解析した。
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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
膨大な発現誘導系統のスクリーニングが当初予定した以上のペースで順調に進捗している。特に、特異的な神経イメージングや神経機能操作が可能なSplit GAL4 系統が、当初の想定よりもはるかに多くの数を樹立できつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
行動制御中枢および連合中枢と連絡する神経の体系的同定：脳上部に位置し連合中枢との情報入出力や行動制御中枢への情報出力を行う部位である SMP, SLP, SIP, CRE, CL 領域、脳後部に位置し行動制御神経に最も近い位置にある SPS, IB, ATL 領域、およびこれらに情報を送る重要な部位である LAL 領域について、昨年度までに同定した神経群の構造の詳細な解析と、残りの神経の同定作業を行う。また、これらの神経で光感受性チャネル遺伝子を発現させて神経機能を操作し、行動変化を解析する。
体性感覚情報高次処理神経の体系的同定：昨年度に引き続き、末梢感覚器から直接脳に投射する神経や胸腹部神経節から伸びる体性感覚介在神経の投射末端領域に樹状突起を持つ脳内の高次処理神経を体系的に探索し、それらの情報が脳のどこに伝えられ、どのように行動制御に影響するかをイメージングや行動実験で解析する。
視覚高次処理神経の機能解析：低次視覚中枢からの視覚投射神経は、行動制御中枢に隣接する領域に終末し、少なくともその一部は波長特異的な光への接近／忌避行動に関与している。これらの神経の活動が行動制御にどのように働くのかを明らかにするため、我々が同定してきた神経に加えて、新規に報告されたものも加えて代表的な視覚神経の波長依存的な活動をイメージング解析する。
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