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魚類ソーシャルビジョンの分子・遺伝基盤の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21H04773
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分44:細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野
研究機関東北大学

研究代表者

竹内 秀明  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (00376534)

研究分担者 鹿島 誠  東邦大学, 理学部, 講師 (10780562)
安齋 賢  岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (20779467)
研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
42,900千円 (直接経費: 33,000千円、間接経費: 9,900千円)
2024年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2022年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
2021年度: 21,060千円 (直接経費: 16,200千円、間接経費: 4,860千円)
キーワード社会認知 / Familiarity recognition / 異性認知 / 同種認知 / scRNS-seq / カルシウムイメージング / 光遺伝学 / ソーシャルビジョン / 視覚 / シングルセルRNAseqアトラス / 視蓋 / セレベスメダカ / 体色変化 / 社会シグナル / シングルセルトランスクリプトーム / 最初期遺伝子 / バイバリーシステム / 配偶者戦略 / 社会脳 / 分子遺伝学
研究開始時の研究の概要

本研究ではソーシャルビジョンで機能する一連の遺伝子群を世界に先駆けて解明し、ソーシャルビジョンの進化的起源とベーシックデザインをメダカ脳の分子的基盤から探ることを目指す。具体的には同種他個体からの視覚入力によって賦活化するサブセットニューロンとそのネットワークを体系的に検索・同定し、シングルトランスクリプトームを用いてサブセットニューロンの遺伝子発現プロファイルを明らかにする。これによりサブセットニューロンを特徴付けるマーカー遺伝子を同定する。さらにメダカで条件的ノックダウン法および神経興奮制御技術を確立して、ソーシャルビジョンにおけるサブセットニューロンの機能を解明することを目的にする。

研究実績の概要

(1)メダカ脳シングルセルRNAseqアトラスの完成
一次視覚中枢(視蓋)と終脳のアトラスを完成させた。雌雄の終脳データを統合してクラスタリングを行った結果、終脳は30個、視蓋は31個のクラスターに分類された。各クラスターを特徴づけるマーカー遺伝子を同定した。昨年度開発したTet-ONシステムを介したバイナリーシステムを応用し、いくつかのマーカー遺伝子のプロモーター制御下でrtTAを発現するドライバー系統を作成した。rtTAを発現するドライバー系統とTetプロモーター制御下のレポーター系統を交配することで、薬剤投与依存的にレポーター遺伝子を発現誘導することが可能であることを確認した。これまでにレポーター遺伝子としてチャネルロドプシンやGCaMPがメダカ脳で機能することを確認している。
(2)メダカソーシャルビジョンの新規研究モデルの開発
(A)セレベスメダカのオスの黒色模様が急速に変化する現象に着目し、体色変化と攻撃行動が再現性良く観察可能な実験条件を確立した。その結果、セレベスメダカの体色変化はカモフラージュとコミュニケーションの両方の機能を持つことを発見した。黒色化したオスと一緒にいたライバルオスの攻撃行動と性行動が完全に抑制されることから、体色という視覚情報が社会シグナルとして処理される神経機構の解析にこのモデルを使用する予定である。
(B)オスがメスを視覚的に見失ったときに惹起される探索行動を発見した。オスとメスを瞬間調光パネルで仕切り、透明から不透明に切り替えると、オスはメスを探索するがメスは探索しないことがわかった。このことから、オスは視覚刺激のみで異性を認知していることが明らかになった。今後は、オスが視覚だけでメスを認知する神経機構の解析ツールとしてこのモデルを活用する予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

(1) 一次視覚中枢(視蓋)と終脳のアトラスが完成したため。昨年度までに確立したバイナリーシステムと組み合わせ、ドライバー系統を系統的に作成することで、 一次視覚中枢(視蓋)と終脳のどの細胞タイプがソーシャルビジョンに関わるか検定できるようになった。(2) 新しい研究材料(セレベスメダカ)を用いて体色変化を介したコミュニケーションに関わる機構、日本メダカでは視覚による異性認知に関わる機構が新たに解析できるようになった。

今後の研究の推進方策

((1) メダカ脳の体系的バイナリーシステムの確立:メダカでは、CRISPR-Cas9を用いたノックイン技術(Watakabe et al., 2018) とTet-ONシステムを組み合わせたバイナリーシステムが確立しており(Kayo et al., 2023)、ショウジョウバエのGAL4システムのようにドライバー系統とエフェクター系統を掛け合わせることで特定の神経サブタイプにレポーター遺伝子を発現できる。メダカ脳のシングルセルトランスクリプトームを用いて、終脳、視蓋の神経細胞を遺伝子発現プロファイルを足場にそれぞれ30, 31種類の細胞タイプに分類したので、次は各細胞タイプのマーカー遺伝子座にrtTAをノックインしたドライバー系統を体系的に作成する。またレポーター系統として、光遺伝学(チャネルロドプシン)、カルシウムイメージング(GCaMP)に加え、細胞毒素(テタヌス毒素)を加える。これにより細胞タイプ特異的な抑制実験が可能になり、どの細胞タイプがソーシャルビジョンに関わるか検定できるようにする。(2) シングルセルトランスクリプトームによる賦活化した細胞タイプの検索:これまでにメダカ脳を用いてシングルセルトランスクリプトームの細胞分離の過程で遺伝子発現変動が起きないプロトコルの確立に成功している。このプロトコルでは、最初期遺伝子の発現誘導を指標として賦活化した細胞タイプを検出できる。次は同種、異性、見知った個体、体色などの社会的な視覚刺激や性行動に依存して活性化するニューロンの細胞タイプを同定し、バイナリシステムを用いてその機能を検証する。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 図書 (2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] エモリー大学(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] エモリー大学(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Optogenetic control of medaka behavior with channelrhodopsin2023

    • 著者名/発表者名
      Takahide Seki, Hideaki Takeuchi, Satoshi Ansai
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: N.D. ページ: 535638-535638

    • DOI

      10.1101/2023.04.05.535638

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mating experiences with the same partner enhanced mating activities of na?ve male medaka fish2022

    • 著者名/発表者名
      Daimon Masahiro、Katsumura Takafumi、Sakamoto Hirotaka、Ansai Satoshi、Takeuchi Hideaki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1038/s41598-022-23871-w

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quantifying Social Interactions in Medaka Fish2022

    • 著者名/発表者名
      Yokoi Saori、Isoe Yasuko、Wang Mu-Yun、Daimon Masahiro、Okuyama Teruhiro、Takeuchi Hideaki
    • 雑誌名

      Behavioral Neurogenetics

      巻: 181 ページ: 93-105

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-2321-3_7

    • ISBN
      9781071623206, 9781071623213
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparative Perspectives on the Function of Oxytocin in Fish and Mammals2022

    • 著者名/発表者名
      Yokoi Saori、Young Larry J.、Takeuchi Hideaki
    • 雑誌名

      Spectrum of Sex

      巻: - ページ: 135-150

    • DOI

      10.1007/978-981-19-5359-0_8

    • ISBN
      9789811953583, 9789811953590
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Exploring the neural geography of the social brain using medaka fish (Plenary)2022

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takeuchi
    • 学会等名
      The International Conference for Neuroethology (Lisbon)(招待講演)(国際学会)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exploring the neural geography of the social brain using medaka fish2022

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takeuchi
    • 学会等名
      第38回 国際生物学賞記念シンポジウム(招待講演)(国際学会)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exploring the neural geography of the social brain using medaka fish (Plenary)2022

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takeuchi
    • 学会等名
      The International Conference for Neuroethology (Lisbon)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exploring the neural geography of the fish social brain2022

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takeuchi
    • 学会等名
      第38回 国際生物学賞記念シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] カラー版 脳とホルモンの行動学 わかりやすい行動神経内分泌学 第2版2023

    • 著者名/発表者名
      近藤保彦 他
    • 総ページ数
      364
    • 出版者
      西村書店
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [図書] カラー版 脳とホルモンの行動学 わかりやすい行動神経内分泌学 第2版2023

    • 著者名/発表者名
      竹内秀明、近藤保彦 他
    • 総ページ数
      364
    • 出版者
      西村書店
    • ISBN
      9784867060438
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 東北大学大学院生命科学研究科脳生命統御学専攻 分子行動分野

    • URL

      https://sites.google.com/view/molecular-ethology-laboratory

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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