ショウジョウバエ内部状態に依存したリズミックな神経活動の分子基盤の解明

• 研究課題/領域番号: 21K06372
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分46010:神経科学一般関連
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 森本 菜央 北海道大学, 遺伝子病制御研究所, 助教 (30762249)
• 研究分担者: 小坂田 文隆 名古屋大学, 創薬科学研究科, 准教授 (60455334)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2024年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: ショウジョウバエ / チャネル / 神経科学 / 神経回路 / 行動制御 / カルシウムイメージング / リズム / イメージング

研究開始時の研究の概要

本研究では、申請者が見出した、リズミックな応答をとる神経細胞に着目する。この神経細胞を単一細胞レベルで同定するため、遺伝学ツールを用いた解剖学的手法、およびイメージングを行う。解剖学的な情報からこの神経細胞を含む上流下流の神経回路を明らかにする。また、この神経細胞の神経活動を操作し、行動を解析することにより、リズミックな応答の必要性・十分性を検討する。さらに、リズミックな応答の基盤となる分子機構を明らかにすることで、この細胞が行う情報の統合機構の分子・神経基盤を明らかにする。

研究成果の概要

動物が環境からの断続的な情報を保持し、内部状態を含めた他の情報と統合する機構は未解明な部分が多い。本研究では、ショウジョウバエを用いて、聴覚刺激時の脳内カルシウムイメージングを行うことで、刺激後も神経活動を持続させる神経細胞を見出した。この細胞の活動パターンが交尾経験の有無により変化したことから、この細胞が経験依存的な内部状態を表現する可能性が示唆される。さらに、阻害剤を用いた実験から、電位依存性K+チャネルがこの活動パターンを生成している可能性が示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、動物が断続的な感覚入力をどのように記憶し、過去の経験と統合して行動に反映するかという神経基盤の一端を明らかにした。ショウジョウバエにおける経験依存的な持続神経活動の発見は、内部状態の神経表現に関する理解を深めるとともに、神経疾患における感情・記憶統合異常の解明にもつながる可能性がある。小規模モデル動物を用いた研究から得られる知見は、神経活動の普遍的な原理の解明にも寄与すると期待される。