ショウジョウバエ行動制御神経回路のコネクトミクス解析

• 研究課題/領域番号: 26221002
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 神経生理学・神経科学一般
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 伊藤 啓 東京大学, 定量生命科学研究所, 准教授 (00311192)
• 研究期間 (年度): 2014-05-30 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 166,920千円 (直接経費: 128,400千円、間接経費: 38,520千円); 2018年度: 37,830千円 (直接経費: 29,100千円、間接経費: 8,730千円); 2017年度: 37,830千円 (直接経費: 29,100千円、間接経費: 8,730千円); 2016年度: 39,260千円 (直接経費: 30,200千円、間接経費: 9,060千円); 2015年度: 39,000千円 (直接経費: 30,000千円、間接経費: 9,000千円); 2014年度: 13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円)
• キーワード: 神経情報処理 / コネクトミクス / モデル動物 / イメージング / ショウジョウバエ / 連合中枢 / 感覚中枢 / 行動制御中枢 / 発現誘導系統 / 行動制御神経 / クローナルユニット

研究成果の概要

感覚情報を統合して行動を決定する連合中枢と行動制御神経を結ぶ経路を解明するため、発現誘導系統を用いた効率的な神経同定が可能なショウジョウバエを用いて、従来知見のなかった両者の間の脳領域の神経構造を網羅的に解明した。890種類の神経を同定し、連合中枢の出力から脳の上部や側方を複雑に経由して行動中枢に至る経路を発見した。行動決定に重要な五感のうち唯一未解明だった体性感覚情報の全伝達経路と脳の中枢を解明した。またシナプス数の自動計測技術を開発し、細胞種や脳領域特異的な変化を発見した。さらに感覚器官から行動中枢に至る様々な神経のイメージングと刺激・阻害実験で、特定の情報や行動に関与する神経を発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

知見がなくてこれまで解析ができなかったさまざまな脳領域の神経構造を明らかにし、それらの神経を特異的に機能操作できる系統を作成したことで、連合中枢がどうやって行動を制御するかを研究するための新しい手段を切り拓いた。また本研究と相前後して進められていた電子顕微鏡による全脳コネクトームデータと対照して、電子顕微鏡と光学顕微鏡のデータを自由に行き来する手法を確立した。体性感覚経路の解明で分かった五感すべての脳中枢神経構造の共通性は、化石がないカンブリア紀以前の脊椎／無脊椎分岐前の動物がすでに五感を処理する複雑な脳を持っていることを示唆し、大きく報道された。

評価記号

検証結果 (区分)

A

研究成果

• [国際共同研究] ケルン大学(ドイツ)
• [国際共同研究] ハワードヒューズ・ジャネリア研究所(米国)
• [国際共同研究] HHMI Janelia Research Campus(米国)
• [国際共同研究] University of Lyon(フランス)
• [国際共同研究] HHMI Janelia Research Campus(米国)
• [国際共同研究] University of Lyon(France)
• [国際共同研究] HHMI ジャネリア研究所(米国)
• [国際共同研究] ケルン大学(ドイツ)
• [雑誌論文] Image processing for precise three-dimensional registration and stitching of thick high-resolution laser-scanning microscopy image stacks. (2018)
  • 著者名/発表者名: Murtin, C., Frindel, C., Rousseau, D., and Ito, K.
  • 雑誌名: Comp. Biol. Med. 巻: 92 ページ: 22-41
  • DOI: 10.1016/j.compbiomed.2017.10.027
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Color depth MIP mask search: a new tool to expedite Split-GAL4 creation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Otsuna, H., Ito, M., Kawase, T.
  • 雑誌名: bioRxhiv 巻: 10.1101 ページ: 318006-318006
  • DOI: 10.1101/318006
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An unbiased template of the Drosophila brain and ventral nerve cord. (2018)
  • 著者名/発表者名: Bogovic, J. A., Otsuna, H., Heinrich, L., Ito, M., Jeter, J., Meissner, G. W., Nern, A., Colonell, J., Malkesman, O., Ito, K., and Saalfeld, S.
  • 雑誌名: bioRxhiv 巻: 10.1101 ページ: 376384-376384
  • DOI: 10.1101/376384
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Image processing for precise three-dimensional registration and stitching of thick high-resolution laser-scanning microscopy image stacks. (2018)
  • 著者名/発表者名: Murtin, C., Frindel, C., Rousseau, D., and Ito, K.
  • 雑誌名: Computers in Biology and Medicine 巻: 92 ページ: 22-41
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Topological and modality-specific representation of somatosensory information in the fly brain. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsubouchi, A., Yano, T., Yokoyama, T.K., Murtin, C., Otsuna, H., and Ito, K.
  • 雑誌名: Science 巻: 358 号: 6363 ページ: 615-623
  • DOI: 10.1126/science.aan4428
  • 査読あり
• [学会発表] 新規に同定された睡眠制御回路 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤正芳
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] ショウジョウバエ脳におけるコネクトームと神経分類学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤正芳
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] High-throughput systematic identification of novel neurons in the Drosophila brain as a reference for comparative analysis (2018)
  • 著者名/発表者名: Kei Ito
  • 学会等名: Goettingen Meeting of the German Neuroscience Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 睡眠、摂食、求愛：ショウジョウバエ脳の神経内分泌回路 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 正芳、Gerald Rubin、伊藤 啓
  • 学会等名: 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Center of neuroendocrine system in the Drosophila brain (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 正芳、Gerald Rubin、伊藤 啓
  • 学会等名: 日本神経科学学会大会
• [学会発表] Mechanosensory pathways of the adult fly (2017)
  • 著者名/発表者名: Kei Ito
  • 学会等名: Kavli Workshop on Neural Circuits and Behavior of Drosophila
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exploring terra incognita of the fly brain (2016)
  • 著者名/発表者名: Kei Ito
  • 学会等名: NSF-AMED Symposium in San Diego
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Understanding neuronal circuits and their functions using expression driver systems of the fruit fly Drosophila melanogaster (2016)
  • 著者名/発表者名: Kei Ito
  • 学会等名: Neural Coding Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会・シンポジウム開催] 昆虫脳コネクトーム研究の最前線 (2018)
• [学会・シンポジウム開催] Common ground plan of the insect brain architecture (2018)