神経細胞その場破壊技術による線虫神経回路のシステム生物学的解析

使用原位神经元破坏技术对秀丽隐杆线虫神经回路进行系统生物学分析

基本信息

批准号：
19650071
负责人：
岡浩太郎
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19650071/
关键词：
神経科学可視化生体生命情報学行動学生物物理

项目摘要

線虫神経系は、遺伝子から行動までを繋げることが可能な理想的な実験系である。そのために種々の疾病の原因を探る研究として、突然変異体の単離とその原因遺伝子を明らかにする順遺伝学的な方法と最近のRNAi技術に代表されるような逆遺伝学的な解析手法が用いられてきている。しかしながら神経系に関わる疾患(学習および行動異常等)に関しては、原因遺伝子とその機能を直接結びつけることが従来困難であった。その最大の理由はこれら疾患に関わる原因遺伝子だけでは神経疾患を明らかにすることはできず、線虫神経系における神経回路接続とその動態についての知識が必要であるためである。つまり遺伝子→特定神経細胞→神経回路→行動というステップが神経機能疾患を調べるためには必要となる。本研究では蛍光タンパク質アナログであるKillerRedを細胞内導入することにより、特定神経細胞をその場破壊する方法の開発を行った。まず線虫神経細胞に特異発現するプロモータを検索し、神経細胞のとナプスレベルでの神経接続データベースと併用して、破壊実験をデザインした。神経破壊の効果を評価するために線虫個体の詳細行動解析法と化学走性実験を行った。その結果感覚神経細胞AWAに選択的にKillerRedタンパク質を発現させることに成功した。この神経細胞にKillerRedを発現させるための条件検討をさらに進めており、また光照射条件を検討することにより、緑色光でこの蛍光タンパク質を褪色させることができた。またこの蛍光タンパク質を発現している線虫について光照射に伴う誘引物質ジアセチルに対する化学走性を調べたところ、走性が低下していることも明らかにした。これらの結果はKillerRedを用いることにより特定神経細胞をその場破壊することが可能であることを初めて示したものである。

线虫神经系统是一个理想的实验系统，它使我们能够将从基因到行为的一切联系起来。为此，探索各种疾病原因的研究涉及分离突变体并鉴定其致病基因的正向遗传方法，以及诸如最近的RNAi技术的反向遗传分析方法。然而，对于与神经系统相关的疾病（学习和行为异常等），很难将致病基因与其功能直接联系起来。最大的原因是，仅通过观察与这些疾病有关的致病基因不可能阐明神经系统疾病；需要了解神经回路连接及其在秀丽隐杆线虫神经系统中的动态。换句话说，研究神经功能疾病需要以下步骤：基因→特定神经细胞→神经回路→行为。在这项研究中，我们开发了一种通过将 KillerRed（一种荧光蛋白类似物）引入细胞中来当场破坏特定神经细胞的方法。首先，我们寻找在秀丽隐杆线虫神经元中特异性表达的启动子，并使用其与神经元和油菜水平的神经元连接数据库结合设计了一个破坏实验。为了评估神经破坏的影响，对个体秀丽隐杆线虫进行了详细的行为分析和趋化性实验。结果，我们成功地在感觉神经元 AWA 中选择性表达 KillerRed 蛋白。我们正在进一步研究这些神经元中表达 KillerRed 的条件，通过检查光照射条件，我们能够用绿光使这种荧光蛋白褪色。此外，当我们研究表达这种荧光蛋白的线虫在光照射下对引诱剂二乙酰的趋化性时，我们发现它们的趋化性减弱。这些结果首次证明使用 KillerRed 可以当场破坏特定神经元。