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動物は日長・日数情報を正確に計測することで、季節変化に適応している。これまでに、脳内に約24時間周期の概日時計をもとに日長・日数を計測する光周時計が存在することが示唆されてきたが、その実態は未だ不明である。本研究では、ホソヘリカメムシを用いて、概日リズム形成に重要な脳領域であり光周性応答への関与も示唆される脳副視髄(AMe)に着目し、光周時計の神経機構について解析を行った。
昨年度までの解析により、AMeにはpigment-dispersing factor(PDF)、セロトニン、FMRFamideといった複数種類の神経伝達物質産生ニューロンが局在し、一部のAMeニューロンではこれら複数の神経伝達物質が共発現していることがわかった。
最終年度において、このAMeから光周期情報を受け取り、光周性制御機構の出力系を担うと考えられる脳間部(PI)に着目した解析を行った。電気生理学的な解析により、PIニューロンは日長条件に応じてその自発神経活動を変化させることが明らかになった。また、このPIニューロンの神経活動の日長応答は、概日時計遺伝子のperiodをRNA干渉法により遺伝子ノックダウンすると、消失することがわかった。
更に、記録細胞に導入した神経トレーサーとPDF・セロトニンに対する抗体を用いた多重標識を行ったところ、記録PIニューロンの神経線維とAMeの細胞体から投射されるPDF・セロトニン免疫陽性線維が前大脳背側領域で近接する様子が観察された。
これらの解析結果より、日長条件に応じてPIニューロンは概日時計をもとにその自発神経活動を変化させることが示唆された。また、光周性応答への関与が示唆されるAMeニューロンがPDF・セロトニン分泌を介して、このPIニューロンに光周期情報を送っている可能性が示唆された。本研究成果は、光周時計を担う神経ネットワークの一端の解明に寄与すると思われる。
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