発声行動依存的な脳内エピジェネティクス動態と学習臨界期制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 25290063
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ゲノム生物学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 和多 和宏 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (70451408)
• 連携研究者: 岡戸 晴生 東京都医学総合研究所, 神経細胞分化, 副参事研究員 (60221842) ; 峯田 克彦 北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (40374615)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円); 2016年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2015年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2014年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2013年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
• キーワード: 発声学習 / 学習臨界期 / ソングバード / 自発的行動 / 自発的学習 / 遺伝子発現制御 / エピジェネティクス / 遺伝子発現 / 神経可塑性 / 感覚運動学習 / 次世代シークエンス / 発声行動 / 時空間制御 / DNAメチル化 / 神経活動依存的遺伝子発現

研究成果の概要

鳴禽類の囀りはヒトの言語獲得と同様に、学習臨界期をもつ発声学習によって獲得される。しかし、その発声学習臨界期を制御する神経メカニズムの理解は進んでいない。本研究では、鳴禽類の一種zebra finchを用いて、学習臨界期中の発声練習を阻害することで、正常個体で学習臨界期が終了している成鳥時においても発声学習能していることを見出した。この日齢非依存的な発声学習能は、哺乳類運動野第5層に相当する神経細胞において誘導される70個にも上る神経活動依存的な遺伝子群の発現誘導能と強い相関が見られた。その発現誘導能がいかに制御されるか、DNAメチル化、ヒストン修飾制御の観点からの検証実験が必要である。

研究成果

• [雑誌論文] Sex Differences in Brain Thyroid Hormone Levels during Early Post-Hatching Development in Zebra Finch (Taeniopygia guttata) (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi S., Hayase S., Aoki N., Takehara A., Ishigohoka J., Matsushima T., Wada K., Homma K.J.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 12(1) 号: 1 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0169643
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A quantitative method for analyzing species-specific vocal sequence pattern and its developmental dynamics (2016)
  • 著者名/発表者名: Imai R, Sawai A, Hayase S, Furukawa H, Asogwa CN, Sanchez M, Wang H, Mori C, Wada K.
  • 雑誌名: Journal of Neurosci Methods 巻: 271 ページ: 23-33
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2016.06.023
  • NAID: 120006394554
  • 査読あり
• [雑誌論文] Familial bias and auditory feedback regulation of vocal babbling patterns during early song development (2016)
  • 著者名/発表者名: Sato D, Mori C, Sawai A, Wada K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: ６ 号: 1 ページ: 30323-30323
  • DOI: 10.1038/srep30323
  • NAID: 120005828510
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diurnal oscillation of vocal development associated with clustered singing by juvenile songbirds. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohgushi E, Mori C, Wada K.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Biology 巻: 218 ページ: 2260-2268
  • DOI: 10.1242/jeb.115105
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Songbird: a unique animal model for studying the molecular basis of disorders of vocal development and communication (2015)
  • 著者名/発表者名: Mori C, Wada K.
  • 雑誌名: Experimental Animals 巻: 64 号: 3 ページ: 221-230
  • DOI: 10.1538/expanim.15-0008
  • NAID: 130005091034
  • ISSN: 0007-5124, 1341-1357, 1881-7122
  • 査読あり
• [雑誌論文] Audition-independent vocal crystallization associated with intrinsic developmental gene expression dynamics. (2015)
  • 著者名/発表者名: Mori C, Wada K
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 35 号: 3 ページ: 878-89
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1804-14.2015
  • NAID: 120005624078
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Differential androgen receptor expression and DNA methylation state in striatum song nucleus Area X between wild and domesticated songbird strains. (2013)
  • 著者名/発表者名: Wada *, Hayase S, Imai R, Mori C, Kobayashi M, Liu WC, Takahasi M, Okanoya K.
  • 雑誌名: Eur J Neurosci 巻: 38 号: 4 ページ: 2600-2610
  • DOI: 10.1111/ejn.12258
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rudimentary substrates for vocal learning in a suboscine. (2013)
  • 著者名/発表者名: Liu WC, Wada K, Jarvis ED, Nottebohm F
  • 雑誌名: Nature Communication 巻: 4 号: 1 ページ: 2082-2082
  • DOI: 10.1038/ncomms3082
  • 査読あり
• [雑誌論文] A global view of the functional molecular organization of the avian cerebrum: Mirror images and functional columns. (2013)
  • 著者名/発表者名: Jarvis ED*, Yu J, Rivas MV, Horita H, Feenders G, Whitney O, Jarvis S, Jarvis ER, Kubikova L, Puck AE, Siang-Bakshi C, Martin S, McElroy M, Hara E, Howard J, Mouritsen H, Chen CC*, Wada K*.
  • 雑誌名: J Comp Neurol. 巻: 521 号: 16 ページ: 3614-3665
  • DOI: 10.1002/cne.23404
  • 査読あり
• [学会発表] Accumulation of vocal experience regulates the critical period of vocal learning in songbirds (2016)
  • 著者名/発表者名: Hayase S, Wada K
  • 学会等名: NIPS International Symposium
  • 発表場所: 生理学研究所 （愛知県・岡崎市）
  • 年月日: 2016-12-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Accumulation of vocal experience regulates the critical period of vocal plasticity during active learning of birdsong (2016)
  • 著者名/発表者名: Hayase S, Ohgushi E, Kobayashi M, Wada K
  • 学会等名: Society for Neuroscience meeting
  • 発表場所: サンディエゴ （アメリカ合衆国）
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] 発声による脳内遺伝子発現コントロール：行動と進化を結ぶエピジェネティクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 和多和宏
  • 学会等名: 日本進化学会
  • 発表場所: 東京工業大学 （東京都・目黒区）
  • 年月日: 2016-08-25
  • 招待講演
• [学会発表] 自発的な発声経験により制御されるソングバードの発声学習臨界期と脳内遺伝子 発現制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 早瀬 晋、大串 恵理、小林 雅比古、和多和宏 .
  • 学会等名: 日本神経科学会年会
  • 発表場所: 横浜国際コンベンションセンター （神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-07-20
• [学会発表] Familial genetic bias in vocal babbling pattern at early song (2015)
  • 著者名/発表者名: Sato D, Wada K
  • 学会等名: Society for Neuroscience meeting
  • 発表場所: ワシントンＤＣ (アメリカ）
  • 年月日: 2015-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] Audition-Independent Vocal Crystallization Associated with Intrinsic Developmental Gene Expression Dynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: 森千紘、和多和宏
  • 学会等名: 第38回日本神経科学会年会
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター(兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-07-28
• [学会発表] Experinece-dependent regulation of singing-driven gene expression in the song system during the critical period of vocal learning (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayase S, Ohgushi E, Kobayashi M, Wada K
  • 学会等名: Society for Neuroscience meeting
  • 発表場所: Washington DC convention center (アメリカ ワシントンDC)
  • 年月日: 2014-11-19
• [学会発表] ソングバードの発声パターンに個体差が現れる時期・生成要因に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤大介、和多和宏
  • 学会等名: 日本動物行動学会
  • 発表場所: 長崎大学（長崎市）
  • 年月日: 2014-11-02
• [学会発表] 学習によって獲得されるソングバード発声行動表現型可塑性：自らの行動によって駆動される『種としての拘束と個としての自由』 (2014)
  • 著者名/発表者名: 和多和宏
  • 学会等名: 第７回 若手Evo-Devo青年の会： 「変動する環境と発生への衝撃」
  • 発表場所: 遺伝学研究所 (三島市）
  • 年月日: 2014-10-11 – 2014-10-12
  • 招待講演
• [学会発表] 発声行動依存的遺伝子発現動態変化と発声学習臨界期制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 和多和宏
  • 学会等名: 記憶回路研究会：「個体内記憶回路の同定とその機能解析による学習記憶制御基盤の統合的理解」
  • 発表場所: 生理学研究所 (岡崎市）
  • 年月日: 2014-10-08 – 2014-10-09
  • 招待講演
• [学会発表] A neuronal constraint and learnability of a species-specific vocal pattern in songbirds (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Wada
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conference, Neurobiology: Diverse Species & Conserved Principles
  • 発表場所: Dushu Lake Conference Hotel (中国 蘇州）
  • 年月日: 2014-09-15 – 2014-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of singing-driven gene expression in the song system during the critical period for vocal learning (2014)
  • 著者名/発表者名: Shin Hayase, Eri Ohgushi, Masahiko Kobayashi, Kazuhiro Wada
  • 学会等名: International Congress of Neuroethology (ICN) 2014
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道）
  • 年月日: 2014-07-31
• [学会発表] Robustness of developmental gene expression dynamics for vocal learning (2014)
  • 著者名/発表者名: Chihiro Mori & Kazuhiro Wada
  • 学会等名: International Congress of Neuroethology (ICN) 2014
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道）
  • 年月日: 2014-07-29
• [学会発表] 鳴禽類ソングバードを用いた音声コミュニケーション障害の神経行動学的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 和多和宏
  • 学会等名: 日本実験動物科学技術 さっぽろ2014（第61回日本実験動物学会総会・第48回日本実験動物技術者協会総会）
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道）
  • 年月日: 2014-05-15
  • 招待講演
• [学会発表] Active and passive vocal crystallization associated with developmental gene expression dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: Chihiro Mori & Kazuhiro Wada
  • 学会等名: Cold Spring Habor Laboratory meeting
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, NY, USA
• [学会発表] ソングバード歌発達における学習臨界期中の脳内遺伝子発現誘導率制御
  • 著者名/発表者名: 早瀬晋 、大串恵理、小林雅比古、和多和宏
  • 学会等名: 日本神経科学会
  • 発表場所: 京都 国立京都国際会館
• [図書] Brain Evolution by Design: From Neural Origin to Cognitive Architecture (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeno S, Murakami Y & Nomura T
  • 総ページ数: 438
  • 出版者: Springer
• [図書] Epigenetics and Neuroendocrinology: Clinical Focus on Psychiatry Volume1 (2016)
  • 著者名/発表者名: Spengler D & Binder E
  • 総ページ数: 264
  • 出版者: Springer
• [図書] 「研究者が教える動物実験 第３巻」 (2015)
  • 著者名/発表者名: 尾崎まみこ、村田芳博、藍浩之、定本久世、吉村和也、神崎亮平
  • 総ページ数: 222
  • 出版者: 共立出版
• [図書] Methods in Neuroethological Research (2013)
  • 著者名/発表者名: Ogawa H & Oka K 編著
  • 総ページ数: 175
  • 出版者: Springer