2019 Fiscal Year Annual Research Report
方向指向性行動を制御する昆虫単一神経細胞で行われる樹状突起内情報統合の解明
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18J00589
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| Research Institution | Hokkaido University |
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設樂 久志 北海道大学, 理学研究院, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 神経科学 / 昆虫 / 方向選択性 / 樹状突起 / 電気生理 / Ca2+イメージング / 単一神経細胞 / 気流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単一神経細胞の樹状突起上でどの様な入力を受け、その情報を統合し出力するのかメカニズムを理解するためには、入出力がはっきりとした単一神経細胞を用いる必要がある。コオロギの尾部にある最終腹部神経節（TAG）内の巨大介在ニューロン群（GIs）は、気流感覚神経細胞からの方向選択性を持った入力を受け脳へ情報を送る。これらのGIsは、それぞれ独自の演算処理を行うことで異なる方向選択性を持った出力を行うと考えられている。本研究では、電気生理学的手法とカルシウムイメージング法を組み合わせることで、単一神経細胞の入出力の関係を明らかにし、単一神経細胞で行われる演算処理様式を解明する。
昨年度では、GIsの入出力を記録するため電気生理学的手法とカルシウムイメージング法を組み合わせて長期間の観察ができる実験系を立ち上げた。GIs樹状突起のどの部分に興奮性の入力が入っているのかということは既に報告があるため、ここでは特に抑制性入力が出力の形成において持つ役割について検討した。具体的にはGABA受容体阻害剤であるピクロトキシンやGABA再取り込み阻害薬であるニペコチン酸をTAGに投与し、GIsの入出力応答がどの様に変化するのか調べた。ピクロトキシンの投与により、GIsの一つであるGI 10-3の気流刺激に対する方向選択性は減少し、どの方向に対しても応答する様な結果が得られた。以上より、抑制性入力がGI 10-3の方向選択性形成に役割を持つことが示された。
さらに、樹状突起上への局所的な抑制性入力の役割を理解するため、局所的な入力を計測・コントロールする系の立ち上げを検討した。局所的な入力についてはGIsに遺伝子導入を行うことでGABAの変化を直接的に計測しようと考えた。遺伝子導入にはエレクトロポレーション法やエレクトロフォレーシス法を用いたが、成功するには至っていない。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度ではまず薬理刺激により、気流刺激の情報がGI内で統合される際に、抑制性入力がどの様な役割を果たすのか調べてきた。GIsの入出力応答を調べることにより、GI 10-3への抑制性入力が、気流刺激方向に依存せず応答性が変化するということがわかった。さらに、各樹状突起局所への抑制性入力の役割を調べるため、樹状突起への局所刺激や遺伝子導入によるイメージングを行おうと系の立ち上げを検討してきた。しかし、系の立ち上げについては遺伝子導入が成功しない等の問題が生じており局所入力のコントロール及び測定については当初の予定していたように進まなかった。以上より、抑制性入力の役割について大まかな役割を理解することには成功したが、局所的な入力の役割を明らかにするには至らなかった点で、やや遅れ気味で進んでいる。
一方、こうした問題に対して、新たに気流刺激の条件をいくつか振ることによって、樹状突起上の局所的な入力を理解する方法を検討している。現在は気流刺激方向と強度のパラメータを検討しており、GIsの応答性と適切な刺激強度の関係を調べるところまで行った。また、行動実験については従来用いてきたコオロギをトレッドミル上で固定する方法とは異なる自由行動中のコオロギの行動観察が行える方法についても予備実験を行った。これらの行動実験系については既に十分検討されており、今後行動実験を行うにあたってはすぐに実験を開始できるところまできている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在は新たに気流刺激の方向と強度を変えたとき、GIsの入出力応答の関係がどの様に変化するのか明らかにすることを考えている。実験を実施するにあたり、系の作製と適切な気流刺激強度の検討は行ったので、実際に気流刺激を与えて電気生理学的手法とカルシウムイメージング法の組合せで、GIsの入出力応答を計測する。これまでは特に方向選択性に特徴を持つGIsの応答を計測してきたが、他のGIsについても注目して記録を行う。個々のGIsの入出力応答を調べ、強度によって入出力の方向選択性や応答性の違いを検討する。樹状突起局所ごとの変化の違いから、各樹状突起が出力を決定付ける上でどれだけの役割を持つのか調べ、各GIsがどの様に入力情報を統合し出力を行うのか明らかにする。
樹状突起局所の入力が情報統合にどの様な役割を持つのか明らかにした後には、樹状突起局所入力の役割と最終的な出力である行動との関係を理解するために行動実験を行うことを考えている。局所入力の影響は樹状突起の破壊を行ったコオロギの行動を観察することで行う。神経破壊は光毒性色素を腹部神経節から逆行性、もしくは直接GIsに導入し、光照射を行うことによって目的の樹状突起を破壊することで行う。目的の樹状突起を破壊した上で行動実験を行うことにより、樹状突起局所で行われる演算処理が最終的に逃避行動にどう関わっているのかを関係性を明らかにしようと考えている。
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Research Products
(1 results)
