時空間パターンを生み出すメゾ回路の作動原理の解明

• 研究領域: メゾスコピック神経回路から探る脳の情報処理基盤
• 研究課題/領域番号: 22115002
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 能瀬 聡直 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (30260037)
• 研究分担者: 森本 高子 東京薬科大学, 生命科学部, 准教授 (10311648)
• 連携研究者: 高坂 洋史 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (20431900)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 154,960千円 (直接経費: 119,200千円、間接経費: 35,760千円); 2014年度: 24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円); 2013年度: 24,570千円 (直接経費: 18,900千円、間接経費: 5,670千円); 2012年度: 27,560千円 (直接経費: 21,200千円、間接経費: 6,360千円); 2011年度: 26,390千円 (直接経費: 20,300千円、間接経費: 6,090千円); 2010年度: 52,000千円 (直接経費: 40,000千円、間接経費: 12,000千円)
• キーワード: メゾ神経回路 / オプトジェネティクス / ショウジョウバエ / 運動回路 / カルシウムイメージング / 電気シナプス / 統計解析 / コネクトミクス / 神経回路 / イメージング / 光生理学 / 運動速度調節 / 分子遺伝学 / optogenetic / ハロロドプシン(NpHR) / optogenetics

研究成果の概要

神経活動の時空間パターンが生成される仕組みを明らかにすることは脳科学における最重要課題のひとつである。本研究では、ショウジョウバエ幼虫の中枢神経回路をモデル系としてこの問題に取り組み以下の成果をあげた。１）運動回路の摂動応答測定により、運動神経細胞の局所的な活動が電気シナプスを介して運動頻度の制御に関与することを示した。２）カルシウムイメージング、光遺伝学、シナプス間隙GFP再構成法、コネクトミクスなどを用いた解析により、幼虫の運動の速度や方向転換を制御する介在神経細胞の機能を示した。３）4Dカルシウムイメージングのデータから細胞集団の活動を自動取得し、統計解析する手法を開発した。

研究成果

• [雑誌論文] A circuit mechanism for the propagation of waves of muscle contraction in Drosophila (2016)
  • 著者名/発表者名: Fushiki A, Zwart MF, Kohsaka H, Fetter RD, Cardona A, Nose A.
  • 雑誌名: Elife 巻: 5 pii ページ: 13253-13253
  • DOI: 10.7554/elife.13253
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identication of Inhibitory Pre- motor Interneurons Activated at a Late Phase in a Motor Cycle during Drosophila Larval Locomotion. (2015)
  • 著者名/発表者名: Itakura Y, Kohsaka H, Ohyama T, Zlatic M, Pulver SR, Nose A.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10 号: 9 ページ: e0136660-e0136660
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0136660
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Serotonin and downstream leucokinin neurons modulate larval turning behavior in Drosophila. (2014)
  • 著者名/発表者名: Okusawa S, Kohsaka H, Nose A.
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 34 号: 7 ページ: 2544-2558
  • DOI: 10.1523/jneurosci.3500-13.2014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ショウジョウバエ幼虫を用いて定型運動の制御機構を探る (2014)
  • 著者名/発表者名: 能瀬聡直
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 33 ページ: 249-254
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion. (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsunaga T, Fushiki A, Nose A, Kohsaka H.
  • 雑誌名: Journal of Visualized Experiments 巻: 77 号: 77
  • DOI: 10.3791/50513
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of sensory experience in functional development of Drosophila motor circuits. (2013)
  • 著者名/発表者名: Fushiki A, Kohsaka H, Nose A.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8 号: 4 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0062199
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lola regulates glutamate receptor expression at the Drosophila neuromuscular junction (2012)
  • 著者名/発表者名: Ai Fukui, et al.
  • 雑誌名: Biology Open 巻: (In press) 号: 4 ページ: 362-375
  • DOI: 10.1242/bio.2012448
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of larval motor circuits inDrosophila (2012)
  • 著者名/発表者名: Kohsaka, H., Okusawa, S., Itakura, Y., Fushiki, A. and Nose, A.
  • 雑誌名: Development, Growth andDifferentiation 巻: 54 号: 3 ページ: 408-419
  • DOI: 10.1111/j.1440-169x.2012.01347.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of neuromuscular specificity in Drosophila : novel mechanisms revealed by new technologies. (2012)
  • 著者名/発表者名: Nose A.
  • 雑誌名: Frontiers in Molecular Neuroscience 巻: 5 ページ: 62-62
  • DOI: 10.3389/fnmol.2012.00062
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical dissection of neural circuits responsible for Drosophila larval locomotion with halorhodopsin (2011)
  • 著者名/発表者名: Inada K, Kohsaka H, Takasu E, Matsunaga T, Nose A
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subunit-specific and homeostatic regulation of glutamate receptor localization by CaMKII in Drosophila neuromuscular junctions (2010)
  • 著者名/発表者名: Morimoto T, Nobechi M, Komatsu A, Miyakawa H, Nose A
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 165 ページ: 1284-1292
  • 査読あり
• [雑誌論文] Drosophila Tey represses transcription of a repulsive cue Toll and generates neuromuscular target specificity (2010)
  • 著者名/発表者名: Inaki, M, Shinza-Kameda, M, Ismat, A., Frasch, M, Nose, A
  • 雑誌名: Development 巻: 137 ページ: 2139-2146
  • 査読あり
• [学会発表] Local Motoneuronal activity regulates the frequency of fictive larval locomotion in a segment-specific manner (2015)
  • 著者名/発表者名: Teruyuki Matsunaga, Hiroshi Kohsaka, Akinao Nose
  • 学会等名: Cold Spring Harbor laboratory, Meetings-Neurobiology of Drosophila,
  • 発表場所: Cold Spring Harbor laboratory, USA
  • 年月日: 2015-09-29
  • 国際学会
• [学会発表] Functional dissection of the central circuits that regulate larval locomotion. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nose, A.
  • 学会等名: Behavioral Neurogenetics of larval Drosophila: Molecules, Circuits, Computation and Robotics.
  • 発表場所: KKRホテル熱海（熱海市）
  • 年月日: 2014-03-09 – 2014-03-12
  • 招待講演
• [学会発表] Search for cholinergic interneurons that regulate larval locomotion. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, E. and Nose, A.
  • 学会等名: Neurobiology of Drosophila, CSHL Meeting
  • 発表場所: ニューヨーク（アメリカ）
  • 年月日: 2013-10-01 – 2013-10-05
• [学会発表] Identication and functional analyses of interneurons in the neural network that regulates the peristaltic locomotion of Drosophila larvae. (2013)
  • 著者名/発表者名: Itakura, Y., Kohsaka, H., Pulver S. and Nose, A.
  • 学会等名: Neurobiology of Drosophila, CSHL Meeting
  • 発表場所: ニューヨーク（アメリカ）
  • 年月日: 2013-10-01 – 2013-10-05
• [学会発表] Segmental control of motor output by pre-motor inhibitory interneurons for generating innate speed of larval locomotion in Drosophila. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kohsaka, H. and Nose, A.
  • 学会等名: 第36 回日本神経科学大会
  • 発表場所: 稲盛財団記念館（京都市）
  • 年月日: 2013-06-20 – 2013-06-23
• [学会発表] Simultaneous application of optogenetics and Ca2+ imaging for system-level analyses of motor circuits. (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsunaga T., Kohsaka H., Nose A.
  • 学会等名: 第36 回日本神経科学大会
  • 発表場所: 稲盛財団記念館（京都市）
  • 年月日: 2013-06-20 – 2013-06-23
• [学会発表] Optogenetic and electrophysiological dissection of Drosophila neural networks that regulate larval locomotion. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takagi, S., Kohsaka, H., Kazama, H., Nose, A.
  • 学会等名: 第36 回日本神経科学大会
  • 発表場所: 稲盛財団記念館（京都市）
  • 年月日: 2013-06-20 – 2013-06-23
• [学会発表] Optogenetic dissection of the neural circuits that regulate rhythmic movement in Drosophila larvae (2013)
  • 著者名/発表者名: 能瀬聡直
  • 学会等名: Symposium on Sensory Systems & Neural Circuits
  • 発表場所: 東京大学伊藤ホール(招待講演)
  • 年月日: 2013-02-12
• [学会発表] Optogenetic dissection of motor circuits that regulate larval peristalsis in Drosophila (2012)
  • 著者名/発表者名: 能瀬聡直
  • 学会等名: Behavioral Neurogenetics of Drosophila Larva meeting at Janelia Farm
  • 発表場所: HHMI janelia farm research campus(米国、ヴァージニア アシュバーン)(招待講演)
  • 年月日: 2012-10-01
• [学会発表] Optogenetic dissection of motor circuits in Drosophila larvae (2012)
  • 著者名/発表者名: 能瀬聡直、高坂洋史、高木俊輔
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会」シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(招待講演)
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] Imaging and Manipulating Motor Circuit Activity (2012)
  • 著者名/発表者名: 能瀬聡直
  • 学会等名: Developmental Neurobiology Course 2012
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学(招待講演)
  • 年月日: 2012-07-27
• [学会発表] 光生理学を用いたショウジョウバエ運動回路の機能解剖 (2012)
  • 著者名/発表者名: 能瀬聡直
  • 学会等名: 新学術領域「大脳新皮質構築」「メゾ神経回路」合同ワークショップ
  • 発表場所: 仙台国際センター(招待講演)
  • 年月日: 2012-07-25
• [学会発表] Optogenetic dissection of motor circuits that regulate larval locomotion in Drosophila、 (2012)
  • 著者名/発表者名: 能瀬聡直
  • 学会等名: 新学術領域「メゾ神経回路」第1回公開国際シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学小柴ホール(招待講演)
  • 年月日: 2012-07-07
• [学会発表] Temporal perturbation of neural activity in Drosophila larvae undergoing locomotion (2010)
  • 著者名/発表者名: Inada, K., Kohsaka, H., Takasu, E., Nose, A.
  • 学会等名: 第33回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター
  • 年月日: 2010-09-04
• [学会発表] Optogenetic dissection of motor circuits that regulate larval locomotion in Drosophila
  • 著者名/発表者名: 能瀬聡直
  • 学会等名: 新学術領域「メゾ神経回路」第1回公開国際シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学小柴ホール
  • 招待講演
• [学会発表] 光生理学を用いたショウジョウバエ運動回路の機能解剖
  • 著者名/発表者名: 能瀬聡直
  • 学会等名: 新学術領域「大脳新皮質構築」「メゾ神経回路」合同ワークショップ
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 招待講演
• [学会発表] Imaging and Manipulating Motor Circuit Activity
  • 著者名/発表者名: 能瀬聡直
  • 学会等名: Developmental Neurobiology Course 2012
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学
  • 招待講演
• [学会発表] Optogenetic dissection of motor circuits in Drosophila larvae
  • 著者名/発表者名: 能瀬聡直、高坂洋史、高木俊輔
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会」シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 招待講演
• [学会発表] Optogenetic dissection of motor circuits that regulate larval peristalsis in Drosophila
  • 著者名/発表者名: 能瀬聡直
  • 学会等名: "Behavioral Neurogenetics of Drosophila Larva" meeting at Janelia Farm
  • 発表場所: HHMI janelia farm research campus(米国、ヴァージニア アシュバーン)
  • 招待講演
• [学会発表] Optogenetic dissection of the neural circuits that regulate rhythmic movement in Drosophila larvae
  • 著者名/発表者名: 能瀬聡直
  • 学会等名: Symposium on Sensory Systems & Neural Circuits
  • 発表場所: 東京大学伊藤ホール
  • 招待講演
• [図書] オプトジェネティクス（分担執筆、タイトル「ショウジョウバエを用いたオプトジェネティクス研究」） (2013)
  • 著者名/発表者名: 高坂洋史、能瀬聡直
  • 総ページ数: 13
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [備考] 能瀬研究室
  • URL: http://bio.phys.s.u-tokyo.ac.jp
• [備考] メゾスコピック神経回路から探る脳の情報処理基盤
  • URL: http://www.meso-neurocircuitry.jp/
• [備考] 「メゾスコピック神経回路から探る脳の情報処理基盤」
  • URL: http://www.meso-neurocircuitry.jp/
• [備考]
  • URL: http://bio.phys.s.u-tokyo.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://bio.phys.s.u-tokyo.ac.jp/