光遺伝学による神経回路と行動の解析

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24247001
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 森 郁恵 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90219999)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 感覚神経細胞 / 記憶・学習 / 温度走性 / Cエレガンス / 神経回路

研究実績の概要

これまで主に感覚神経細胞であるAFD神経細胞で確立してきたオプトジェネティクスによる神経活動の操作を、介在神経細胞であるRIA 神経細胞に適用することで、調べることが難しかった介在神経細胞の機能解明を進めた。RIA神経細胞特異的に光依存性プロトンポンプであるArchを発現させた線虫系統を作成し、温度勾配上で自由行動する線虫個体に対して光刺激を行い、神経活動と行動を計測した。神経活動計測には遺伝的にコードされたカルシウムインディケーターであるGCaMPを用い、RIA特異的にGCaMPとArchを発現させた線虫を用いた。この線虫は光刺激がない場合は確率的な神経活動を示し、黄色光刺激によりその活動が抑制された。RIA介在神経細胞の活動制御とその計測は世界で初めて実現することができ、Archによる神経活動の抑制が光刺激により速やかに実現できることが確認された。この線虫系統を用いて、自由行動下で黄色光刺激によるRIA特異的な神経活動の抑制を行い、行動の変化を定量的に計測、解析した。当初の予想と異なり、RIAの長時間の抑制は温度勾配上で培養温度へと移動する温度走性行動は抑制せず、常に光刺激のある条件でも一時間後に培養温度へと移動した。そこで、より細かな行動の変化を捕らえるため、短時間の光刺激に対する、方向転換や体の屈折制御などの細かい行動を解析した。神経活動と行動の同時計測を実施すると、黄色光刺激により神経活動が低下することと、それに伴い首の屈折に偏りがあることが示唆された。首部分の微妙な制御による方向の決定は、移動する際に決定的な影響があるため、この微妙な制御にRIA介在神経が関わることで、温度走性を含む探索・意思決定を制御していることが予想される。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Single-Cell memory regulates a neural circuit for sensory behavior. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, K., Nakano, S., Amano, M., Tsuboi D., Nishioka, T., Ikeda, S., Yokoyama, G., Kaibuchi, K., Mori, I.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 14 ページ: 11-21
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2015.11.064
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reconstruction of Spatial Thermal Gradient Encoded in Thermosensory Neuron AFD in Caenorhabditis elegans. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsukada, Y., Yamao, M., Honda, N., Shimowada, T., Ohnishi, N., Kuhara, A, Ishii, S., Mori, I.
  • 雑誌名: J. Neurosci 巻: 36 ページ: 2571-2581
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2837-15.2016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optically Detected Magnetic Resonance of Nanodiamonds In Vivo; Implementation of Selective Imaging and Fast Sampling. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshinari, Y., Mori, S., Igarashi, R., Sugi, T., Yokota, H., Ikeda, K., Sumiya, H., Mori, I, Tochio, H., *Harada, Y. and Shirakawa, M.
  • 雑誌名: J Nanosci Nanotechnol. 巻: 15 ページ: 1014-1021
  • DOI: 10.1166/jnn.2015.9739
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular biology of thermosensory transduction in C. elegans. (2015)
  • 著者名/発表者名: Aoki, I. and Mori, I.
  • 雑誌名: Curr Opin Neurobiol. 巻: 34 ページ: 117-124
  • DOI: 10.1016/j.conb.2015.03.011
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Importance of cGMP Signaling in Sensory Cilia for Body Size Regulation in Caenorhabditis elegans. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara,M., Hino, T., Miyamoto, R., Inada,H., Mori, I., Koga, M., Miyahara, K., Ohshima, Y., Ishihara, T.
  • 雑誌名: Genetics 巻: 201 ページ: 1497-1510
  • DOI: 10.1534/genetics.115.177543
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A glial K+/Cl－ cotransporter modifies temperature-evoked dynamics in Caenorhabditis elegans sensory neurons. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, A., Nakano, S., Suzuki, T., Ihara, K., Higashiyama, T., Mori, I.
  • 雑誌名: Genes Brain Behav. 巻: 15 ページ: 42-440
  • DOI: 10.1111/gbb.12260.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Molecular, cellular, and circuit mechanisms underlying learning, memory and decision making (2016)
  • 著者名/発表者名: 森 郁恵
  • 学会等名: 新学術領域研究「神経細胞の多様性と大脳新皮質の構築」終了国際シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学小柴ホール, 東京都
  • 年月日: 2016-02-11 – 2016-02-12
  • 国際学会
• [学会発表] 線虫C.elegansをモデル系としたイネキシンの機能解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 塚本聡美, 延命大士, 西尾奈々, 笹倉寛之, 赤坂茉莉, 森 郁恵
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会ワークショップ
  • 発表場所: 神戸国際会議場および神戸国際展示場, 神戸市
  • 年月日: 2015-12-02 – 2015-12-02
• [学会発表] 線虫温度走性における情報コードの再構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 塚田祐基, 本田直樹, 山尾将隆, 石井 信, 森 郁恵
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場および神戸国際展示場, 神戸市
  • 年月日: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [学会発表] 線虫C.elegansにおける記憶の更新に関する分子および神経回路の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 青木一郎, 井原邦夫, 森 郁恵
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場および神戸国際展示場, 神戸市
  • 年月日: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [学会発表] 感覚情報の時間統合を担う分子神経基盤 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中野俊詩, Giles C. Andrew, 鈴木孝征, 佐野文菜, 東山哲也, 森 郁恵
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場および神戸国際展示場, 神戸市
  • 年月日: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [学会発表] The C. elegans MAST Kinase Acts through Stomatin to Regulate Thermotaxis Behavior. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakano S, A. C. Giles, Ikeda M, Suzuki T, Sano A, Higashiyama T, Mori I.
  • 学会等名: C.elegans 20th International Meeting2015
  • 発表場所: University of California, LA, アメリカ合衆国
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] Thermal memory and behavioral regulation revealed by calcium imaging of the cultured neurons and neural circuits. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi K, Nakano S, Amano M, Tsuboi D, Nishioka T, Ikeda S, Yokoyama G, Kaibuchi K, Mori I.
  • 学会等名: C.elegans 20th International Meeting2015
  • 発表場所: University of California, LA, アメリカ合衆国
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] INX-4/Innexin in AFD sensory neurons is required to regulate thermotaxis behavior in C. elegans. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tsukamoto S, Emmei T, Nishio N, Sasakura H, Akasaka M, Mori I.
  • 学会等名: C.elegans 20th International Meeting2015
  • 発表場所: University of California, LA, アメリカ合衆国
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-28
• [学会発表] 記憶情報探索行動の分子および神経回路基盤の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 森 郁恵
  • 学会等名: 新学術領域研究「神経細胞の多様性と大脳新皮質の構築」領域班会議
  • 発表場所: 京都大学芝蘭会館
  • 年月日: 2014-12-19 – 2014-12-20
• [学会発表] K+/Cl- Cotransporter KCC-3 functions in glia- like cells and regulates in thermotaxis behavior in C.elgans. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshida A, Nakano S, Suzuki T, Higashiyama T, Ihara K, Mori I.
  • 学会等名: 第45回生理学研究所 国際シンポジウム
  • 発表場所: 生理学研究所, 岡崎市
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] Roles of BK Potassium Channels in Memory Updating in C.elegans. (2014)
  • 著者名/発表者名: Aoki I, Ihara K, Mori I.
  • 学会等名: 第45回生理学研究所 国際シンポジウム
  • 発表場所: 生理学研究所, 岡崎市
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] 線虫神経回路における意思決定、学習と記憶のデコーディング (2014)
  • 著者名/発表者名: 森 郁恵
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 横浜市
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] 線虫C.elegansにおける記憶の更新に関する分子および神経回路の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 青木一郎, 井原邦夫, 森郁恵
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 横浜市
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Unveiling principle of neural circuits underlying learning, memory and decision making. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ikue Mori
  • 学会等名: The 11th International Congress of Neuroethology and the 36th Annual Meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター, 札幌市
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] System identification and reconstruction of sensory neural activity during thermotaxis behavior in C.elegans. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsukada Y, Honda N, Yamada M, Murase A, Shimowada T, Ohnishi N, Kuhara I, Ishii S, Mori I.
  • 学会等名: The 11th International Congress of Neuroethology and the 36th Annual Meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター, 札幌市
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Memory updating in Caenorhabditis elegans. (2014)
  • 著者名/発表者名: Aoki I, Ihara K, Mori I.
  • 学会等名: The 11th International Congress of Neuroethology and the 36th Annual Meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター, 札幌市
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] The roles of biogenic amines on feeding state-dependent thermotactic behavior in C.elegans. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsukamoto S, Nakano S, Mori I.
  • 学会等名: CeNeuro2014 C.elegans Topic meeting: Neural development, synaptic function & behavior
  • 発表場所: ウィスコンシン大学マディソン校, アメリカ合衆国
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-10
  • 国際学会
• [学会発表] K+/Cl- Cotransporter KCC-3 regulates thermotaxis behavior in C.elegans. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshida A, Nakano S, Suzuki T, Higashiyama T, Ihara K, Mori I.
  • 学会等名: CeNeuro2014 C.elegans Topic meeting: Neural development, synaptic function & behavior
  • 発表場所: ウィスコンシン大学マディソン校, アメリカ合衆国
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-10
  • 国際学会
• [学会発表] Differing Levels of MAST Kinase Activity Can Code Two Opposing Behavioral Drives During C.elegans Thermotaxis. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakano S, de Ridder I, Suzuki T, Higashiyama T, Mori I.
  • 学会等名: Differing Levels of MAST Kinase Activity Can Code Two Opposing Behavioral Drives During C.elegans Thermotaxis.
  • 発表場所: ウィスコンシン大学マディソン校, アメリカ合衆国
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-10
  • 国際学会
• [学会発表] Decoding neural circuits underlying learning, memory and decision-making (2014)
  • 著者名/発表者名: Ikue Mori
  • 学会等名: CSHL Asia Meeting, Neural Circuit Basis of Behavior and its Disorders
  • 発表場所: Suzhou Dushu Lake Conference Center, 蘇州, 中華人民共和国
  • 年月日: 2014-05-12 – 2014-05-16
  • 国際学会 / 招待講演