研究課題
生体の発達初期において、外界から刺激が与えられた際、その効果が最も良く現れる時期は臨界期と呼ばれる。カモの雛が孵化した直後の臨界期に、初めて見た動く物体を親と記憶し追従するようになる刷り込みは有名であるが、その分子メカニズムは未解明である。我々は長年、マウスを用いて嗅覚系の研究を行って来た。その過程で、生後一週間の臨界期にマウス新生仔の鼻腔を塞ぎ嗅覚入力を遮断すると、その後閉塞を解除しても嗅覚能力が低下し、社会行動に異常が現れる事を見出した。一方、臨界期に特定の匂いを提示したところ、この個体は成体になった後もその匂いに愛着を示すようになった。そこで本研究では、臨界期に脳内で何が起きているのか、嗅覚神経回路形成を中心にその分子基盤を明らかにする事を目指した。まず、生後一週間という臨界期に、マウス鼻腔閉塞により嗅覚入力を遮断した場合、嗅細胞軸索と僧房細胞樹状突起間のシナプス形成がどのような影響を受けるかを調べた。具体的には、特定の糸球体に着目し、嗅細胞軸索と僧房細胞樹状突起間のシナプス形成の度合いを、嗅球切片上でシナプスマーカー分子に対する免疫染色を行うことにより解析した。その結果、臨界期に嗅覚入力を遮断すると、このシナプス形成はずっと未熟なまま留まることを見出した。続いて、シナプス形成に関与する分子の同定と解析を行った。神経活動依存的に嗅細胞の軸索末端で発現しシナプス形成に関わる分子を探索し、Sema7Aに辿り着いた。また、Sema7AのリガンドPlxnC1が、僧房細胞の樹状突起に生後一週間限定で発現することも見出した。さらにSema7A及びPlxnC1欠損マウスをそれぞれ解析した結果、Sema7A- PlxnC1シグナルが嗅細胞と僧房細胞間のシナプス形成促進に必須であることが明らかになった。
1: 当初の計画以上に進展している
予備実験の蓄積が十分であったため、大きなトラブルに見舞われることなく、予想以上に順調に、計画した実験が進んでいる。
鼻腔閉塞というloss-of-function実験から、マウス嗅覚系の臨界期(生後一週間)において、Sema7A-PlxnC1シグナルが嗅細胞軸索と僧房細胞樹状突起間のシナプス形成を促進することを見出した。今後は逆にgain-of-function実験として、臨界期に特定の匂いを嗅がせた時に、マウス嗅覚系にどのような影響が出るかを解析する。予備実験では、嗅覚受容体MOR29Aのリガンドの一つvanillinを臨界期に嗅がせると、MOR29Aを発現する嗅細胞特異的にSema7Aの発現量が上昇し、MOR29Aの糸球体形成時期が数日早まるという結果を得た。また、vanillinを嗅いで成長したマウスは、vanillin臭に対し好奇心や愛着行動を示すようになる示唆を得ている。そこでまず、臨界期に特定の匂いを嗅がせることで、嗅覚神経回路にどのような変化が起きているのかについて、糸球体内におけるシナプス形成を中心に解析を行う。また、予備実験では、臨界期に中性の匂いvanillinを嗅がせた場合にマウスはその匂いに愛着を示すようになることが示唆されたが、代わりに生来嫌いな匂いを嗅がせた場合、成長したマウスはその匂いに対しどの様な反応を示すかについて、行動実験などを行い詳細に解析する。もし臨界期に嗅いだ匂いが、4MTのようにマウスにとって生来嫌いな匂いであっても好きになってしまうような、匂いの質感に変化が起きるのであれば、脳内でダイナミックな変化が起きていると考えられるので、可塑的に変化した神経回路がないかを詳細に調べる。具体的には、臨界期に刷り込まれた匂いを嗅いだ時に、特異的に活性化されるようになる脳領野がないかを、嗅皮質、扁桃体、海馬など脳全体に渡って、c-Fosなどのimmediate early geneの発現を指標に免疫染色法によって解析する。
研究が大変順調に進み、次年度に、新たに遺伝子改変マウスを作成したり、マウスの行動解析のための装置を購入したりする必要が生じた。また、得られた研究成果を海外の国際学会で発表し、国際科学雑誌に投稿・掲載するために、基金制度の利点を活かし、次年度に繰り越す形で最大限に有効活用することにした。
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すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)
Nature Communications
巻: 9 ページ: 1842
10.1038/s41467-018-04239-z
巻: 8 ページ: 16011
10.1038/ncomms16011
巻: 8 ページ: 15977
10.1038/ncomms15977
