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マウス嗅覚系において、嗅細胞の神経個性は発現する嗅覚受容体(OR)分子によって規定される。同一のORを発現する嗅細胞は、嗅上皮上において散在しているもののその軸索は互いに収斂して嗅球の特定の箇所に収斂して投射する。このORに依存した軸索投射機構は、大まかな位置を決定する軸索伸長と同種のORを発現する軸索同士を束ねる軸索収斂の二つの過程に分けて考えることができる。前者の過程については、昨年度その具体的なメカニズムに関する内容をCell誌に報告した。
本年度は、後者に当たる軸索収斂機構について研究を進めた。我々の先行研究によって嗅細胞の軸索収斂には神経活動が重要であることが明らかとなっている。ところが、「ORの種類」という情報が神経活動の中にどのような形で書き込まれ、どのように細胞によって読み取られることで適切な回路構築へと至るのかということについてはほとんど明らかとされていない。
上記の問題に対して、まず我々は特定のORを発現する嗅細胞が蛍光タンパク質で標識された遺伝子改変動物を用いてパッチクランプ法により特定のORを発現する嗅細胞において発生する神経活動を記録した。その結果、神経活動の発火のパターンとORの種類との間に相関関係があることがわかった。続いてどの発火パターンが実際の回路構築に重要であるかを明らかにするために、光遺伝学の技術を導入して嗅細胞の神経活動を光照射で制御できる遺伝子改変動物を作出した。そのマウスの嗅覚組織にランダムな光を照射したところ、嗅細胞の神経活動を単一のスパイクレベルで制御できるということがわかった。今後は、人為的に作り出された任意の神経活動に対する軸索誘導分子の発現や軸索投射のパターンの変化を調べることで、神経活動のどのパターンがORに依存した特異的な回路形成に重要であるかを明らかにすることが出来るようになるものと思われる。
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