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2018 年度 実施状況報告書

同一の神経回路網が相異なる運動出力を生み出すネットワーク機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17K07042
研究機関東京大学

研究代表者

高坂 洋史  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 講師 (20431900)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード神経回路 / コネクトミクス / 運動制御 / ショウジョウバエ
研究実績の概要

動物はさまざまな動きを実行することが可能である。この動きを支えているのは、神経回路が生成するダイナミックな神経活動であるが、同一の神経回路がいかにして相異なる運動出力を生み出すのかは、ほとんど明らかになっていない。本研究は、ショウジョウバエ幼虫の示す二つの相異なる運動パターンをモデルとして、コネクトミクスによる回路同定と、活動可視化・制御による機能解析を進めた。
ショウジョウバエ幼虫は、前進運動と後退運動という相異なる運動を行なう。これまでに、前進時にのみ活動するIfb-Fwd神経細胞と後退時にのみ活動するIfb_Bwd神経細胞を同定し、この両者の機能、及び回路機構を明らかにした。本年度は、回路構造の全体像をより明らかにするために、前進運動と後退運動を担う他の介在神経細胞の探索を2つの戦略で進めた。まず、Ifb_Fwd神経細胞が前進運動のときに特異的に活動することから、Ifb-Fwd神経細胞を神経支配する介在神経細胞も同様に前進運動時に特異的に活動することが予想される。そこで、コネクトミクスにより、上流の細胞を探索し、それらの細胞について神経活動の可視化を行なうことで、運動出力との相関を調べた。その結果、介在神経細胞 pre-Ifb-Fwdの同定に成功した。この細胞は後退運動のときは活動しないが前進運動のときには活動を示す。この3次の前運動神経細胞は、前進運動の実行に関与していると考えられる。2つ目の戦略として、前進運動は尾側の体節から開始するという観察結果より、中枢神経系の尾側神経分節に前進運動に関与する介在神経細胞が存在することが予想される。そこで、少数の神経細胞で遺伝子発現を誘導する系統ライブラリーを用いて、尾側神経分節の中で、前進運動と相関して活動する神経細胞の探索を開始した。これらの解析から、異なる運動出力を生み出す回路機構が明らかになると考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

Ifb神経細胞に関するデータがまとまり、論文を投稿した。異なる運動を制御する神経回路が、コネクトミクス解析によって明確にラベル付けできそうなので、更なる介在神経細胞の探索を進めることができた。

今後の研究の推進方策

Ifb神経細胞以外に、異なる運動出力に関与する介在神経細胞の探索、機能解析を進めることで、単一の中枢神経系が異なる運動出力を生成する回路機構の解明を目指す。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Janelia research campus/University of Washington(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Janelia research campus/University of Washington
  • [国際共同研究] University of St. Andrews/University of Cambridge(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of St. Andrews/University of Cambridge
  • [雑誌論文] Data-driven analysis of motor activity implicates 5-HT2A neurons in backward locomotion of larval Drosophila2018

    • 著者名/発表者名
      Park Jeonghyuk、Kondo Shu、Tanimoto Hiromu、Kohsaka Hiroshi、Nose Akinao
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1038/s41598-018-28680-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ショウジョウバエ幼虫を動かす神経回路機構2018

    • 著者名/発表者名
      高坂洋史
    • 雑誌名

      比較生理生化学

      巻: 35(2) ページ: 93-99

    • 査読あり
  • [学会発表] Neural activities related to axial locomotion in the terminal segments of Drosophila larval CNS2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Liu, A. Nose and H. Kohsaka
    • 学会等名
      2019 ASIA-PACIFIC DROSOPHILA NEUROBIOLOGY CONFERENCE
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of populational synapse activity in Drosophila nervous system revealed dynamic modules underlying multiple behaviors2019

    • 著者名/発表者名
      K. Fukumasu, A. Nose and H. Kohsaka
    • 学会等名
      SNSS2019
  • [学会発表] A modular structure in premotor circuits for bidirectional axial locomotion2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kohsaka, M.F. Zwart, A. Fushiki, R.D. Fetter, J.W. Truman, A. Cardona, and A. Nose
    • 学会等名
      Behavioral neurogenetics of Drosophila larva
    • 国際学会
  • [学会発表] Motor circuits in Drosophila larvae2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kohsaka
    • 学会等名
      Developmental Neurobiology Course 2018
    • 招待講演
  • [学会発表] Analysis of spontaneous neural activity patterns in the fly embryos2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kohsaka, R.K. Chhetri, W.C. Lemon, P.J. Keller and A. Nose
    • 学会等名
      The Joint Research Area Meeting Scientific Research on Innovative Areas. “Artificial Intelligence and Brain Science ”and“ Adaptive Circuit Shift ”
  • [学会発表] Analysis of neural network by machine learning aided Gal4 line screening and neural activity visualization in the terminal segments of Drosophila larval CNS2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Liu, A. Nose and H. Kohsaka
    • 学会等名
      第41 回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 運動神経回路発達における神経活動遷移のCa2+ イメージングによる解析2018

    • 著者名/発表者名
      戸松一貴、能瀬聡直、高坂洋史
    • 学会等名
      第41 回日本分子生物学会年会

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公開日: 2019-12-27  

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