はばたき飛行を制御する神経機構の分析

• 研究課題/領域番号: 17H05011
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 動物生理・行動
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 並木 重宏 東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (40567757)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 25,090千円 (直接経費: 19,300千円、間接経費: 5,790千円); 2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
• キーワード: はばたき / 神経行動学 / 光遺伝学 / 飛翔神経叢 / Split-GAL4 / ハルテア神経叢 / 神経回路 / 飛行回路 / Spllit-GAL4 / ニューロンデータベース / 飛行制御 / 飛翔 / コマンド / 飛行ニューロン / GAL4 / ショウジョウバエ / コネクトーム / 飛翔筋 / 下行性ニューロン / 小型飛翔体

研究成果の概要

多くの動物では、脳と身体を繋ぐ一連の下行性ニューロンを介して行動が制御されている。本研究ではショウジョウバエのはばたき飛行に重要な役割りを持つとされている下行性ニューロンDNg02に注目し、分子遺伝学・光遺伝学・光生理学・神経解剖学的手法を用いて，この細胞を詳細に分析した。DNg02は互いに類似した形態学的特徴を持つ細胞集団であり、それぞれが飛行を駆動する能力を持つ。活動する細胞数が多いほど、はばたきの強度が増大することから、DNg02はばたきの司令を集団で符号化していることが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は脳から身体へ発し、飛行を司令する細胞を初めての報告となる。昆虫は神経行動学の重要なモデル生物であるが、これまでの事例からは単一の下行性ニューロンが単一の行動を駆動するという考え方が一般的であった。本研究では飛行という行動が複数のニューロンによって制御されていることを示した点において、学術的な意義がある。また本研究において開発した神経細胞を選択的に標識する遺伝学的リソースは、神経科学研究のために有用であり、今後研究コミュニティに広く用いられると期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Howard Hughes Medical Institute/California Institute of Technology(米国)
• [国際共同研究] Howard Hughes Medical Institute/Janelia Research Campus(米国)
• [雑誌論文] A Systematic Nomenclature for the Drosophila Ventral Nerve Cord. (2020)
  • 著者名/発表者名: Court R, Namiki S, Armstrong D, Borner J, Card G, Costa M, Dickinson MH, Duch C, Korff W, Mann R, Merritt D, Murphey R, Seeds A, Shirangi T, Simpson J, Truman J, Tuthill J, Williams D, Shepherd D
  • 雑誌名: Neuron 巻: 107 号: 6 ページ: 1071-1079
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2020.08.005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Neural circuit basis of aversive odour processing in Drosophila from sensory input to descending output (2020)
  • 著者名/発表者名: Huoviala P, Dolan MJ, Love FM, Myers P, Frechter S, Namiki S, Pettersson L, Roberts RJV, Turnbull R, Mitrevica Z, Breads P, Schlegel P, Bates AS, Rodrigues T, Aso Y, Bock D, Rubin GM, Stensmyr M, Card G, Costa M, Jefferis GSXE
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 394403 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1101/394403
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An image resource of subdivided Drosophila GAL4-driver expression patterns for neuron-level searches (2020)
  • 著者名/発表者名: Meissner GW, Dorman Z, Nern A, Forster K, Gibney T, Jeter J, Lohnson L, He Y, Lee K, Melton B, Yarbrough B, Clements J, Goina C, Otsuna H, Rokicki K, Svirskas RR, Aso Y, Card GM, Dickson BJ, Ehrhardt E, Goldammer J, Ito M, Korff W, Minegishi R, Namiki S, Rubin GM, Sterne G, Wolff T, Malksman O
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 080473 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1101/2020.05.29.080473
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] State-dependent decoupling of sensory and motor circuits underlies behavioral flexibility in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: Ache Jan M.、Namiki Shigehiro、Lee Allen、Branson Kristin、Card Gwyneth M.
  • 雑誌名: Nature Neuroscience 巻: 22 号: 7 ページ: 1132-1139
  • DOI: 10.1038/s41593-019-0413-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Morphology and physiology of olfactory neurons in the lateral protocerebrum of the silkmoth Bombyx mori (2019)
  • 著者名/発表者名: Namiki Shigehiro、Kanzaki Ryohei
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1038/s41598-019-53318-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The functional organization of descending sensory-motor pathways in Drosophila (2018)
  • 著者名/発表者名: Namiki Shigehiro、Dickinson Michael H、Wong Allan M、Korff Wyatt、Card Gwyneth M
  • 雑誌名: eLife 巻: 7 ページ: 1-50
  • DOI: 10.7554/elife.34272
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Optogenetic dissection of descending behavioral control in Drosophila (2018)
  • 著者名/発表者名: Cande Jessica、Namiki Shigehiro、Qiu Jirui、Korff Wyatt、Card Gwyneth M、Shaevitz Joshua W、Stern David L、Berman Gordon J
  • 雑誌名: eLife 巻: 7 ページ: 1-23
  • DOI: 10.7554/elife.34275
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Speed dependent descending control of freezing behavior in Drosophila melanogaster (2018)
  • 著者名/発表者名: Zacarias Ricardo、Namiki Shigehiro、Card Gwyneth M.、Vasconcelos Maria Luisa、Moita Marta A.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05875-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Descending neurons from the lateral accessory lobe and posterior slope in the brain of the silkmoth Bombyx mori (2018)
  • 著者名/発表者名: Namiki Shigehiro、Wada Satoshi、Kanzaki Ryohei
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 1-19
  • DOI: 10.1038/s41598-018-27954-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Feature Integration Drives Probabilistic Behavior in the Drosophila Escape Response (2017)
  • 著者名/発表者名: von Reyn Catherine R.、Nern Aljoscha、Williamson W. Ryan、Breads Patrick、Wu Ming、Namiki Shigehiro、Card Gwyneth M.
  • 雑誌名: Neuron 巻: 94 号: 6 ページ: 1190-1204.e6
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2017.05.036
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Systematic Nomenclature for the DrosophilaVentral Nervous System (2017)
  • 著者名/発表者名: Court Robert Christopher、Armstrong James Douglas、Borner Jana、Card Gwyneth、Costa Marta、Dickinson Michael、Duch Carsten、Korff Wyatt、Mann Richard、Merritt David、Murphey Rod、Namiki Shigehiro、Seeds Andrew、Shepherd David、Shirangi Troy、Simpson Julie、Truman James、Tuthill John、Williams Darren
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: N/A ページ: 1-42
  • DOI: 10.1101/122952
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Optogenetic dissection of descending behavioral control in Drosophila (2017)
  • 著者名/発表者名: Cande Jessica、Berman Gordon J、Namiki Shigehiro、Qiu Jirui、Korff Wyatt、Card Gwyneth、Shaevitz Joshua W、Stern David L
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: N/A ページ: 1-50
  • DOI: 10.1101/230128
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The functional organization of descending sensory-motor pathways in Drosophila (2017)
  • 著者名/発表者名: Namiki Shigehiro、Dickinson Michael Hughes、Wong Allan M、Korff Wyatt、Card Gwyneth M
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: N/A ページ: 1-67
  • DOI: 10.1101/231696
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Speed dependent descending control of innate freezing behavior inDrosophila melanogaster (2017)
  • 著者名/発表者名: Zacarias Ricardo、Namiki Shigehiro、Card Gwyneth、Vasconcelos Maria L、Moita Marta A
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: N/A ページ: 1-27
  • DOI: 10.1101/234443
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The morphology of antennal lobe projection neurons is controlled by a POU-domain transcription factor Bmacj6 in the silkmoth Bombyx mori (2017)
  • 著者名/発表者名: Namiki S, Fujii T, Shimada T, Kanzaki R
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 14050-14050
  • DOI: 10.1038/s41598-017-14578-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Morphology and physiology of antennal lobe projection neurons in the hawkmoth Agrius convolvuli (2017)
  • 著者名/発表者名: Nirazawa T, Fujii T, Seki Y, Namiki S, Kazawa T, Kanzaki R, Ishikawa Y
  • 雑誌名: Journal of Insect Physiology 巻: 98 ページ: 214-222
  • DOI: 10.1016/j.jinsphys.2017.01.010
  • 査読あり
• [学会発表] ハエの飛行を司令する神経細胞の探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 並木重宏
  • 学会等名: 第42回エアロ・アクアバイオメカニズム定例講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Descending control of landing in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: Ache JM, Namiki S, Lee A, Branson K, Card GM
  • 学会等名: The Society for Integrative & Comparative Biology Annual Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Descending control of flight behavior in flies (2019)
  • 著者名/発表者名: Namiki S, Ros I, Rowell W, de Souza A, Dickinson MH, Korff WL, Card GM
  • 学会等名: The Society for Integrative & Comparative Biology Annual Meeting 2019,
  • 国際学会
• [学会発表] Feature detection and action selection in neuronal circuits for escape and and landing Drosophila. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ache JM, Namiki S, von Reyn CR, Card GM
  • 学会等名: 13th Gottingen Meeting of the German Neuroscience Society
  • 国際学会
• [学会発表] A cell-type specific driver line library targeting motoneurons and interneurosn in the wing neuropil of the ventral nerve cord of Drosophila melanogaster (2019)
  • 著者名/発表者名: Ehrchardt E, Whitehead S, Namiki S, Siwanowicz I, Otsuna H, Stern D, Dickinson M, Ito K, Truman J, Cohen I, Korff W, Card GM
  • 学会等名: 13th Gottingen Meeting of the German Neuroscience Society
  • 国際学会
• [学会発表] 昆虫の行動司令を担う神経回路の分析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 並木重宏
  • 学会等名: 第90回日本動物学会大会奨励賞受賞者講演
  • 招待講演
• [学会発表] Enlarged macroglomerular complex in moths with elaborate antenna (2019)
  • 著者名/発表者名: Namiki S, Shiota Y, Nirazawa T, Fujii T, Uehara T, Nakano R, Naka H, Kanzaki R
  • 学会等名: 第41回日本比較生理生化学会大会
• [学会発表] Descending control of landing in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: Ache JM, Namiki S, Lee A, Branson K, Card GM
  • 学会等名: The Society for Integrative & Comparative Biology Annual Meeting 2019, Tampa, FL, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Descending control of flight behavior in flies (2019)
  • 著者名/発表者名: Namiki S, Ros I, Rowell W, de Souza A, Dickinson MH, Korff WL, Card GM
  • 学会等名: The Society for Integrative & Comparative Biology Annual Meeting 2019, Tampa, FL, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Ache JM, Namiki S, von Reyn CR, Card GM (2019)
  • 著者名/発表者名: Feature detection and action selection in neuronal circuits for escape and and landing Drosophila
  • 学会等名: 13th Gottingen Meeting of the German Neuroscience Society, Centre for Humanities, Gottingen, Germany
  • 国際学会
• [学会発表] A cell-type specific driver line library targeting motoneurons and interneurosn in the wing neuropil of the ventral nerve cord of Drosophila melanogaster (2019)
  • 著者名/発表者名: Ehrchardt E, Whitehead S, Namiki S, Siwanowicz I, Otsuna H, Stern D, Dickinson M, Ito K, Truman J, Cohen I, Korff W, Card GM
  • 学会等名: 13th Gottingen Meeting of the German Neuroscience Society, Centre for Humanities, Gottingen, Germany
  • 国際学会
• [学会発表] 昆虫の行動司令を担う神経回路の分析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 並木重宏
  • 学会等名: 第90回日本動物学会大会奨励賞受賞者講演，大阪市立大学，大阪
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The functional organization of descending sensory-motor pathways in Drosophila (2018)
  • 著者名/発表者名: Namiki S, Dickinson MH, Wong A, Korff W, Card GM
  • 学会等名: Janelia Conference "Neural Circuits of the Insect Ventral Nerve Cord", HHMI Janelia Research Campus, VA USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Innate freezing behavior, triggered by P9 descending neurons, is plastic (2018)
  • 著者名/発表者名: Zacarias R, Ferreira C, Vieira R, Namiki S, Card G, Vasconcelos ML, Moita MA
  • 学会等名: Janelia Conference "Neural Circuits of the Insect Ventral Nerve Cord", HHMI Janelia Research Campus, VA USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Optogenetic activation of wing motoneurons of Drosophila melanogaster in flight and courtship song (2018)
  • 著者名/発表者名: Ehrhardt EE, Namiki S, Whitehead S, Truman J, Dickinson M, Cohen I, Stern D, Korff W, Card GM
  • 学会等名: Janelia Conference "Neural Circuits of the Insect Ventral Nerve Cord", HHMI Janelia Research Campus, VA USA
  • 国際学会
• [学会発表] Context-dependent control of landing in Drosophila (2018)
  • 著者名/発表者名: Ache JM, Rogers E, Namiki S, Lee A, Branson K, Card GM
  • 学会等名: Janelia Conference "Neural Circuits of the Insect Ventral Nerve Cord", HHMI Janelia Research Campus, VA USA
  • 国際学会
• [学会発表] 下行性神経細胞群によるはばたきの制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 並木重宏
  • 学会等名: 第40回日本比較生理生化学会大会シンポジウム「運動におけるリズムとタイミング制御の比較生理学」，神戸大学先端融合研究環統合研究拠点コンベンションホール ，神戸
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] エビガラスズメにおける近縁種の性フェロモンの情報処理機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 韮澤拓也，並木重宏，関洋一，藤井毅，石川幸男，加沢知毅，神崎亮平
  • 学会等名: 第 61回日本応用動物昆虫学会大会
• [学会発表] A cell type specific driver line library targeting wing motor circuits in the ventral nerve cord of Drosophila (2017)
  • 著者名/発表者名: Ehrhardt EE, Namiki S, Otsuna H, Cohen I, Stern D, Dickinson M, Korff W, Card GM
  • 学会等名: Neuroscience 2017, Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Control of landing in Drosophila (2017)
  • 著者名/発表者名: Ache JM, Namiki S, Card GM
  • 学会等名: Neuroscience 2017, Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Descending interneurons controlling visually-evoked escape in Drosophila (2017)
  • 著者名/発表者名: Peek M, Namiki S, Breads P, Williamson WR, Ache JM, Card GM
  • 学会等名: Neuroscience 2017, Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] ガ類のフェロモン選好性を決める神経回路 (2017)
  • 著者名/発表者名: 並木重宏，神崎亮平
  • 学会等名: 日本進化学会第19回大会シンポジウム「繁殖行動の進化をもたらす神経基盤」
  • 招待講演
• [学会発表] Comparative Neuroscience Platform: the environment for the comparative neuroscience by facilitating data analysis and collaborations through neuroinformatics (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazawa T, Miyamoto D, Seki Y, Yosida M, Iwatsuki C, Ando N, Namiki S, Ikeno H, Nishino H, Oota S, Murata, Kanazawa A, Ichiishi H, Kanamoto Y, Yamaguchi Y, Kanzaki R
  • 学会等名: Advances in Neuroinformatics 2017
• [学会発表] Developing comparative neuroscience platform (CNS-PF): the environment for facilitating data analysis and collaborations on comparative neuroinformatics (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazawa T, Miyamoto D, Seki Y, Yoshida M, Iwatsuki C, Ando N, Namiki S, Ikeno H, Nishino H, Oota S, Murata Y, Kanazawa A, Ichiishi H, Kanamoto Y, Yamaguchi Y, Kanzaki R
  • 学会等名: The 39th Annual Meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
• [学会発表] Difference of the neural pathways between the sex pheromone and behavioral antagonist in the hawkmoth, Agrius conbolvuili (2017)
  • 著者名/発表者名: Nirazawa T，Namiki S, Seki Y, Fujii T, Ishikawa Y, Kazawa T, Kanzaki R
  • 学会等名: 日本比較生理科学会第 39 回福 岡大会
• [図書] 昆虫の脳をつくる (2018)
  • 著者名/発表者名: 神崎亮平
  • 総ページ数: 224
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254102772
• [図書] 動物学の百科事典 (2018)
  • 著者名/発表者名: 公益社団法人日本動物学会
  • 総ページ数: 800
  • 出版者: 丸善出版
  • ISBN: 9784621303092
• [備考] Fly Descending Interneuron Project
  • URL: https://www.janelia.org/project-team/fly-descending-interneuron