ゼブラフィッシュ胸びれを用いた脊椎動物付属肢リズム運動制御基盤神経回路の解明

• 研究課題/領域番号: 22K06453
• 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: 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(機構直轄研究施設)
• 研究代表者: 木村 有希子 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(機構直轄研究施設), 生命創成探究センター, 助教 (70581122)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 神経回路 / 胸びれ / ゼブラフィッシュ

研究開始時の研究の概要

脊椎動物の歩行運動は複雑で解析が難しく、その制御回路の詳細は分かっていない。魚類の胸びれは前肢の相同器官であり、その運動は歩行と共通点がある。本研究では、単純な胸びれ運動を行い、解析が容易なゼブラフィッシュ仔魚を用いて胸びれのリズム運動を制御する脊髄神経回路を明らかにする。その成果は、歩行運動を含む脊椎動物の付属肢リズム運動の制御回路の基盤メカニズムの理解に役立つことが期待される。

研究実績の概要

脊椎動物の付属肢は移動運動に大きな役割を果たす。四足動物の歩行では、四肢を一定のリズムやパターンで動かして移動する。このリズムやパターンは脊髄に存在する神経回路によって生成されるが、その回路の詳細は分かっていない。歩行運動の回路が複雑で、実験操作も困難なためである。魚類の胸びれは四肢の相同器官であり、四肢と類似だが、よりシンプルな運動をする。そのため、胸びれのリズム運動を制御する神経回路は、歩行回路と共通性が高いがより単純と考えられ、歩行制御の原型的な仕組みを持つことが期待される。しかし、胸びれ運動を制御する神経回路は、ほとんど調べられていない。本研究では、単純な神経回路を持ち、実験操作がしやすいゼブラフィッシュ仔魚を用いて胸びれのリズム運動を制御する脊髄神経回路を明らかにすることを目的とする。
前年度に胸びれ運動ニューロンに直接シナプス結合して、胸びれ運動ニューロンのリズミックな活動を制御する抑制性ニューロンの候補を複数見出した。本年度は、これらの候補ニューロンが胸びれ運動ニューロンに実際に単シナプス結合をするか光遺伝学的な解析を行った。そのうち、２種類の候補ニューロンが胸びれの内転筋運動ニューロンまたは外転筋運動ニューロンに直接結合することを明らかにした。現在、これらの抑制性ニューロンを遺伝学的に除去した場合におこる胸びれ運動ニューロンの発火パターンの変化や遊泳中に受けるシナプス入力のパターン変化を解析している。次年度は、これらの解析を完了させ、2種類の抑制性ニューロンが胸びれ運動のリズムを作り出すために担う役割を明らかにする。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

初年度に、当初使用を想定していた遺伝子組み換え魚で、レポーター遺伝子の発現が弱かったため、遺伝子組み換え魚の作製方法を変更して魚を作り直した。そのため、若干の計画の遅れがあるが、概ね順調に推移している。

今後の研究の推進方策

次年度は今年度に引き続き、解析候補の抑制性ニューロンを遺伝学的除去した魚の解析を行う。これらの魚の胸びれ運動ニューロンが受ける抑制性入力の変化や、結果として生じる胸びれ運動のリズムの変化を調べる。また、胸びれ運動ニューロンに直接結合する興奮性ニューロンを解析するための遺伝子組換え魚の作製にも取り組む。