Research on brainstem circuits that integrate binaural vestibular inputs in larval zebrafish as a model system

以斑马鱼幼体双耳前庭输入为模型系统的脑干回路研究

基本信息

批准号：
20K06866
负责人：
谷本昌志
金额：
$ 2.83万
依托单位：
National Institute for Basic Biology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度までの研究により、受精後5日のゼブラフィッシュにおいて、ロール方向の静的傾斜時には、主に傾斜時下側の内耳耳石器官から脳へ前庭入力が伝達されることが明らかになったため、その前庭情報がどのような神経回路によって情報処理されるのかを調べた。前庭神経核の亜核であるTangentail nucleus(TAN)の一部のニューロンが転写因子evx2陽性であることを発見し、それを基に形態学的・機能的解析を行った。evx2陽性TANニューロンはグルタミン酸作動性の交連性ニューロンであった。上行・下行性の軸索分枝をもつニューロンと、上行性の軸索をもつニューロンが観察され、上行枝は動眼・滑車神経核および内側縦束核へ投射した。ロール方向の静的傾斜時の活動をCa2+イメージングで調べると、期待された通り傾斜時下側のTANニューロンで大きな活動が観察された。ロール方向の静的傾斜時に、仔魚は傾斜時上側へ持続的に胴体を屈曲させることをも発見し、この運動へのTANニューロンの寄与を調べた。TANニューロンを光遺伝学的に活性化させると反対側への胴体屈曲が観察され、TANニューロンをレーザー破壊すると破壊側が傾斜時下側になる静的ロール傾斜時に胴体の屈曲角度が著しく減少した。同様にCa2+イメージングおよび細胞破壊実験を行うことにより、（傾斜時下側の）TANから（傾斜時上側の）内側縦束核、そしてposterior hypaxial muscleという胴体の筋肉へ至る神経回路と筋によってロール傾斜から直立姿勢を回復する行動が行われていることが明らかになった。

去年的研究表明，在斑马鱼受精后5天，在滚动方向静态倾斜时，前庭输入主要从下侧的内耳耳石器官传递到倾斜期间的大脑。处理哪些前庭信息。我们发现前庭核的亚核——切尾核（TAN）中的一些神经元的转录因子evx2呈阳性，并基于此我们进行了形态学和功能分析。 evx2 阳性 TAN 神经元是谷氨酸能连合神经元。观察到具有轴突升支和降支的神经元以及轴突上升的神经元，升支投射到动眼核、滑车核和内侧纵束核。当我们使用 Ca2+ 成像检查滚动方向静态倾斜期间的活动时，我们观察到倾斜期间下部 TAN 神经元的大量活动，正如预期的那样。我们还发现幼鱼在滚动方向静态倾斜期间不断向上弯曲其躯干，并研究了 TAN 神经元对这种运动的贡献。当TAN神经元被光遗传学激活时，观察到躯干向对侧弯曲，当TAN神经元被激光破坏时，静态侧倾倾斜时的躯干弯曲角度显着减小，破坏侧为倾斜时的下侧。同样，通过Ca2+成像和细胞破坏实验，我们发现翻滚倾斜是由从TAN（倾斜时位于下侧）到内侧纵束核（倾斜时位于上侧）的神经回路和肌肉决定的。后轴下肌，躯干肌肉很明显，患者正在采取行动恢复直立姿势。