| 研究課題/領域番号 |
21K15205
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| 研究機関 | 山梨大学 |
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研究代表者 |
高橋 光規 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (30788922)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | Ca2+イメージング / 行動制御回路 / 神経応答のばらつき / 線虫C. elegans |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，線虫C. elegansをモデル動物として有害刺激からの回避行動を制御する神経回路機能の解明を目指し，初年度は行動と神経活動を対応づける自作の顕微鏡システムを構築した．今年度は，大口径対物レンズの選定によりCa2+センサーGCaMPの蛍光シグナル検出感度を高め，神経応答のシグナルレベルが低い介在神経についても，その応答を取得することに成功した．そこで，線虫に浸透圧刺激を与え，各神経細胞の応答と行動を同時に計測したところ，感覚神経ASHは常に一定の十分な応答を示す一方，ASHの下流にある介在神経AIBの応答はばらつきが大きく，かつ，方向転換行動と相関があることを見出した．また，AIBの活動を制御する神経細胞を同定するため，解剖学的にAIBに接続する介在神経をコネクトームデータベースから探し，それらにシナプス伝達を阻害するタンパク質TeTxを発現させた線虫株を作製した．この組換え株に浸透圧刺激を与え，AIB応答と行動を同時取得することで，AIB応答を制御するAIA，RIM，RIBから成る神経回路を見出した．AIB応答および行動応答からこれらの細胞の機能解析を行うと，AIAはAIBを抑制し方向転換行動の割合を下げ，RIMはAIBを活性化し方向転換行動の割合を上げることが明らかとなった．RIBは，AIB応答を抑制するが，行動応答の割合には影響を与えなかった．最終年度となる次年度は，これらの神経回路の活動状態に応じて，どのようにAIB応答が決定されるかをCa2+イメージングによって明らかにする予定である．
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| 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
当初計画では，介在神経RIMが回避行動を促進するか抑制するかを明らかにするとしていた．今年度は，RIMのシナプス伝達を阻害した線虫株を用いることで，RIMがAIBを活性化させ，回避行動を促進することを見出した．さらには，当初計画にはなかった介在神経AIAによるAIBの活動制御や行動制御を明らかにすることもできた．当初は，これらのAIBに接続する神経回路が，感覚神経から順に情報を受け取り，上流から下流へフィードフォワードに情報伝達が行われて行動が制御されると想定していた．しかし，今回見出したAIA，AIB，RIMによる神経応答・行動制御のデータを解析すると，神経応答が予想以上にばらつくことが明らかとなった．これは，従来のフィードフォワードな神経伝達では説明が難しい．刺激に対する行動応答データを解析し，刺激直前の線虫の姿勢が行動応答に影響を与えることを見出した．これらのことから，AIA，AIB，RIMからなる神経回路は，線虫の姿勢・行動状態からのフィードバックを受けて自発的な活動状態を変化させ，そこへ感覚入力情報が統合されることで神経応答のばらつきが生じるという新しい仮説を得ることができた．これは，予期していない成果であり，当初の計画以上に進展していると判断される．
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度は，回避行動を制御する具体的神経回路を見出し，その自発的活動状態が運動状態のフィードバックを得て変化し，感覚入力に対する神経応答や行動応答をランダムに制御するという仮説を得られた．最終年度となる次年度は，無麻酔の線虫でAIA，AIB，RIMを同時にCa2+イメージングすることで回避行動を制御する神経回路の自発的活動状態を取得し，それぞれの活動状態が感覚入力にどのように影響するかを明らかにする．また，自発的活動状態が線虫の姿勢により影響を受けるかどうか，同時に姿勢の取得を行い，姿勢と回路活動状態の対応付けを行う．さらに，姿勢情報のフィードバックがどのような経路でもたらされるのかを，コネクトームデータベースから候補となる神経細胞を探索し，その活動を選択的に抑制することで明らかにする予定である．
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