小型魚類を用いた宇宙環境が脳機能・脳構造に与える影響の研究

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: "LIVING IN SPACE" - Integral Understanding of life-regulation mechanism from "SPACE"
• Project/Area Number: 16H01651
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 川上 浩一 国立遺伝学研究所, 個体遺伝研究系, 教授 (70195048)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 遺伝学 / ゲノム / 遺伝子 / 神経科学 / 発生・分化 / ゼブラフィッシュ / 遺伝子トラップ

Outline of Annual Research Achievements

（１）ゼブラフィッシュを用いて、トランスポゾンを用いた遺伝子トラップ法・エンハンサートラップ法を実施し、細胞・組織・器官特異的に改変型酵母転写因子Gal4FFを発現するトランスジェニックフィッシュを作製した。それを利用して、計画研究瀬原班と共同で、宇宙滞在によって浮き袋で発現量が亢進する遺伝子の発現をGFPにより可視化することに成功した。
（２）宇宙滞在により影響を受ける可能性がある脳領域の解析を行った。(i) 哺乳動物の扁桃体は情動や情動が関わる記憶・学習に重要な働きをしている。我々はゼブラフィッシュ終脳の特定の神経細胞でGal4FFを発現するトランスジェニックフィッシュを作製し、そのGal4FF発現神経細胞の機能を神経毒素遺伝子の発現により阻害した。その結果、そのGal4FF発現神経細胞が恐怖条件付け学習に必須であること（扁桃体に相当する機能を担っていること）を明らかにした（Lal et al. BMC Biol 2018)。(ii) 脳血管近傍に存在する新規細胞群を同定した。それらが血液脳関門形成に関わっている可能性を示した（Galanternik et al. eLife 2017)。(iii)視床下部はホメオスタシス、睡眠、食欲のコントロールに重要な働きをしている。トランスジェニックフィッシュとカルシウムイメージングを利用して、エサなどの視覚刺激が食欲中枢である視床下部下葉を活性化する神経回路を明らかにした（Muto et al. Nat Comm 2017)。
（３）計画研究瀬原班と共同で、宇宙滞在２日目、５週目のゼブラフィッシュの脳の解剖を行い、RNA-seq解析を行った。遺伝子プロファイリング解析の結果、TRPN1遺伝子を含め宇宙滞在によって発現が増減する遺伝子を複数同定することに成功した。現在それらの機能について解析を進めている。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] National Institute of Health(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: National Institute of Health
• [Int'l Joint Research] Norwegian Univ of Science and Technology(ノルウェー)
  • Country Name: NORWAY
  • Counterpart Institution: Norwegian Univ of Science and Technology
• [Journal Article] Identification of a neuronal population in the telencephalon essential for fear conditioning in zebrafish. (2018)
  • Author(s): Lal, P., Tanabe, H., Suster, M.L., Ailani, D., Kotani, Y., Muto, A., Itoh, M., Iwasaki, M., Wada, H., Yaksi, E., and Kawakami, K.
  • Journal Title: BMC Biology Volume: 16 Pages: 45
  • DOI: 10.1186/s12915-018-0502-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A novel perivascular cell population in the zebrafish brain (2017)
  • Author(s): Galanternik, M.V., Castranova, D., Gore, A.V., Blewett, N.H., Jung, H.M., Stratton, A.N., Kirby, M.R., Iben, J., Miller, M.F., Kawakami, K., Maraia, R.J., and Weinstein, B.M.
  • Journal Title: eLife Volume: 6 Pages: e24369
  • DOI: 10.7554/eLife.24369
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Activation of the hypothalamic feeding centre upon visual prey detection (2017)
  • Author(s): Muto, A., Lal, P., Ailani, D., Abe, G., Itoh, M., and Kawakami, K.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 8 Pages: 15029
  • DOI: doi: 10.1038/ncomms15029
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] The amygdalar and hippocampal functions in zebrafish (2018)
  • Author(s): Koichi Kawakami
  • Organizer: The 5th European Zebrafish PI Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The neuronal circuitry for prey capture in zebrafish: from visual stimuli to the hypothalamic feeding center (2017)
  • Author(s): Kawakami, K.
  • Organizer: The 10th Zebrafish Disease Models Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Enhancer trapping and calcium imaging reveal functional neuronal circuitries essential for fish behaviors (2017)
  • Author(s): Kawakami, K.
  • Organizer: 2nd Malaysia Zebrafish Disease Model Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Enhancer trapping and calcium imaging reveal a functional neuronal circuit essential for the prey capture behavior: from visual stimuli to the hypothalamic feeding center (2017)
  • Author(s): Kawakami, K.
  • Organizer: The 5th Zebrafish Research Conference of China
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The amygdalar and hippocampal functions in zebrafish The 2017 workshop on Zebrafish (2017)
  • Author(s): Kawakami, K.
  • Organizer: Neural Circuits and Behavior
  • Int'l Joint Research / Invited