環境に適応した運動出力を生み出す神経回路機構の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26430004
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 高坂 洋史 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (20431900)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 神経回路 / 運動制御 / ショウジョウバエ / オプトジェネティクス / コネクトミクス / ゲノミクス

研究実績の概要

動物の運動速度は、動物の行動の中で重要なパラメータの１つである。本研究では、ショウジョウバエ幼虫の運動をモデル系として、運動速度を制御する介在神経細胞を同定し、速度が生み出される回路機構を解明を行なった。ショウジョウバエ幼虫は、ぜん動運動と呼ばれる定型的な運動を示す。幼虫は体節構造をなし、ぜん動運動において各体節は尾端の体節から順に収縮する。適切な時間差を持って隣り合う体節が収縮することによって、運動速度が制御されている。このような、回路を伝わる活動伝播は、哺乳類にもみられる普遍的な神経回路のダイナミクスパターンであり、神経回路の動作を理解する上で重要な研究テーマである。
遺伝学的手法により介在神経細胞の探索を行なった結果、速度制御に関与する神経細胞の同定に成功し、PMSIsと名付けた。詳細な解析により、この細胞は、運動神経細胞を抑制することで、運動神経細胞の活動する時間幅を調整し、運動速度を制御していることが明らかになった。この発見は、運動速度の回路機構を理解する上で重要な知見となった。
神経回路がどのように運動速度を制御するのかをより深く明らかにするために、コネクトミクスと呼ばれる手法を用いて、PMSIsの活動を制御する上流の神経細胞の探索を行なった。その結果、prePMSI1とprePMSI2という介在神経細胞を新たに同定した。興味深いことに、これらの介在神経細胞の活動には、方向特異性があった。prePMSI1は前進運動時に活動するのに対し、prePMSI2は後退運動時に活動する。これらの知見は、適切な運動出力を生み出す神経回路機構の一端を明らかにするものとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Gap Junction-Mediated Signaling from Motor Neurons Regulates Motor Generation in the Central Circuits of Larval Drosophila. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsunaga T, Kohsaka H, Nose A.
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 37(8) ページ: 2045-2060
  • DOI: doi: 10.1523/JNEUROSCI.1453-16.2017.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Neural circuits underlying fly larval locomotion. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kohsaka H, Guertin PA, Nose A.
  • 雑誌名: Curr Pharm Des. 巻: 23 ページ: 1-12
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Functional dissociation in sweet taste receptor neurons between and within taste organs of Drosophila. (2016)
  • 著者名/発表者名: Thoma V, Knapek S, Arai S, Hartl M, Kohsaka H, Sirigrivatanawong P, Abe A, Hashimoto K, Tanimoto H.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 7 ページ: 10678
  • DOI: doi: 10.1038/ncomms10678.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A circuit mechanism for the propagation of waves of muscle contraction in Drosophila. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fushiki A, Zwart MF, Kohsaka H, Fetter RD, Cardona A, Nose A.
  • 雑誌名: Elife 巻: 5 ページ: e13253
  • DOI: doi: 10.7554/eLife.13253
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Neural circuits that mediate backward escape responses to mechanical noxious stimuli in Drosophila larvae. (2016)
  • 著者名/発表者名: Suguru Takagi, Sawako Niki, Dohjin Miyamoto, Hiroshi Kohsaka, Hokto Kazama, Richard D. Fet- ter, Albert Cardona, Akinao Nose.
  • 学会等名: Behavioral Neurogenetics of Drosophila Larva, HHMI Janelia Research Campus
  • 発表場所: HHMI Janelia Research Campus, USA
  • 年月日: 2016-10-23 – 2016-10-26
  • 国際学会
• [学会発表] Circuit mechanisms that regulate motor pattern in larval Drosophila. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nose, A., Kohsaka, H., Yoon, Y., Takagi, S., Hiramoto, A., Ohura, S. and Niki, S
  • 学会等名: Behavioral Neurogenetics of Drosophila Larva, HHMI Janelia Research Campus
  • 発表場所: HHMI Janelia Research Campus, USA
  • 年月日: 2016-10-23 – 2016-10-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Local feedback on axial propagation in Drosophila larval locomotor circuits. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohsaka, H., Zwart, M. F., Fushiki, A., Fetter, R. D., Cardona, A., Truman, J. W. and Nose, A.
  • 学会等名: Behavioral Neurogenetics of Drosophila Larva, HHMI Janelia Research Campus
  • 発表場所: HHMI Janelia Research Campus, USA
  • 年月日: 2016-10-23 – 2016-10-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Optogenetic dissection of Drosophila larval locomotion. (2016)
  • 著者名/発表者名: 高坂洋史
  • 学会等名: Developmental Neurobiology Course 2016
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学Okinawa In- stitute of Science and Technology
  • 年月日: 2016-07-29 – 2016-07-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 東京大学 能瀬研究室 研究内容
  • URL: http://bio.phys.s.u-tokyo.ac.jp/research.html