2018 Fiscal Year Research-status Report
交尾か拒否かの性行動を選択する神経回路におけるドーパミン信号の分子制御機構の解明
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18K06332
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
石元 広志 名古屋大学, 理学研究科, 特任講師 (80643361)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ドーパミン / 性行動 / 意思決定 / モチベーション / ショウジョウバエ / フィードフォワード回路 / GABA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
メスは交尾の際、オスの求愛を判断して拒否か受容を決定する。脊椎動物の配偶者選択の場合、大脳基底核線条体のドーパミンシグナル調節がメスの交尾意思の決定に重要であることが知られている。しかし、当該脳領域の動作原理を分子・細胞レベルで理解するには至っていない。そこで我々は、配偶行動の選択判断に関与する脳神経機能を分子レベル・単一細胞レベルの解像度で詳細解析するためには、分子遺伝学的技術が適用可能で、単純な脳神経をもつモデル実験系が適していると考えた。昆虫モデル生物のショウジョウバエのメスは、明確な交尾拒否・受容行動を示し、行動制御の遺伝的な解析が可能である。さらに近年、脊椎動物の大脳基底核と昆虫の中心複合体で構造的、機能的な類似性が提唱されている (Strausfeld and Hirth、 Science 2013)。これまでに我々は、中心複合体にメスの交尾判断を制御する神経回路（交尾判断回路）を新規に同定している。この回路についてドーパミンシグナルが神経制御に重要であるなど、脊椎動物の大脳基底核線条体と機能的な類似点も見出している。この神経回路は交尾拒否行動を誘導するR4d神経細胞群と、このR4d神経細胞群を抑制的に制御するR2/R4m神経細胞群で構成されている。したがって、これら２種類の神経細胞群の活性化の制御が、交尾判断機構の中核であると考えられる。本研究は、このR4d・R2/R4m神経細胞群の活動の制御機構を分子細胞レベル明らかにすることを目的とする。本年度は一酸化窒素(NO)を介する逆行性シナプス伝達制御に着目し、分子遺伝学的操作を加えたハエの行動を解析して当該神経回路の動作調節機構の一端を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
交尾判断回路には、グルタミン酸、NMDA受容体、一酸化窒素合成酵素(NOS)が発現している。交尾判断回路におけるこれら分子群の役割について、逆行性シナプス伝達制御が推察される。そこで、当該遺伝子発現を標的神経細胞群特異的に抑制して、メスの交尾行動を調べることにした。これまでR2/R4m神経細胞群に限局したGal4発現を示すGal4系統が得られていないため、本研究では、２種類のプロモータ活性の共通部分を取り出すSplit-Gal4系統群から目的系統を探索した。Gal4発現パターンを解剖学的に解析した結果、該当するSplit-Gal4系統を１系統得ることができた。既に得ているR4d特異的なGal4系統と上記のR2/R4m神経細胞群に限局したSplit-Gal4系統を標的遺伝子に対するUAS-shRNA系統と組み合わせた。
前シナプス側のR2/R4m神経細胞群で小胞グルタミン酸トランスポーター(VGlut)、または、後シナプス側のR4d神経細胞群でNMDAR遺伝子発現を抑制した場合、メスの交尾拒否行動が強まった。さらにNMDA受容体の下流シグナル標的にNOSが知られていることから、(1)Nos遺伝子発現をR4d神経細胞群で抑制、(2)NOシグナルで活性化する水溶性グアニル酸シクラーゼ(sGC)遺伝子発現をR2/R4m神経細胞群で抑制したメスバエの配偶行動を解析した。その結果、(1)、(2)いずれの場合でも、メスの交尾拒否が強まり交尾率が低下した。これらの結果は、R4d神経細胞群のNO逆行性シナプス伝達によってR2/R4m神経細胞群のシナプス放出が促進される可能性を示していた。
以上、本年度の成果は、事前の仮説を支持する結果であるとともに、交尾判断回路を構成する神経細胞種の活動に依存して交尾拒否と受容の判断が柔軟に制御される新たな交尾判断回路の分子制御機構が見出だせた意義は大きい。
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| Strategy for Future Research Activity |
交尾判断回路は、オスのフェロモン情報などで活性化されるドーパミン神経細胞群の制御を受けることをこれまでに明らかにしている。本年度の研究成果で判明した逆行性シナプス伝達機構が、ドーパミン入力を受けた交尾判断回路の活動制御とどの様に相互作用するのか明らかにしたい。さらに上記ドーパミン神経細胞群の活動がペプチドホルモンによって制御されている、予備的な知見を得ている。環境と個体を繋ぐ内分泌因子によって、メスの交尾モチベーションや意思決定が、柔軟性をもって適応的に制御されている可能性が考えられる。そこで、交尾判断回路内部の分子制御機構の解明を進めると共に、ドーパミンを主軸とする回路への入力分子やホルモン等の修飾因子による回路動作制御の解明をすすめる。ドーパミンおよび逆行性シナプス伝達機構については、該当神経細胞群の生理応答をCa2+イメージング法を用いて解析する計画である。また、新規のペプチドホルモンによる回路制御については、遺伝子発現抑制やホルモン産生神経細胞群の分子遺伝学的操作を駆使して、メスの交尾行動解析と組み合わせて機能的に明らかにする計画である。
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| Causes of Carryover |
Ca2+イメージング解析に必要な装置(刺激装置，カメラ)が老朽化のため交換が必要となったこと、AI(deep learning)を用いた行動解析系の導入に必要なコンピュータ装置が必要なったため、翌年度分と合わせた助成金を用いる計画に変更となった。これらCa2+イメージング解析に用いる刺激装置と高感度カメラ、AI解析用コンピュータの購入に用いる計画である。
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