嗅覚の神経回路形成の分子機構

嗅觉神经回路形成的分子机制

基本信息

批准号：
12053264
负责人：
平田たつみ
金额：
$ 39.81万
依托单位：
National Institute of Genetics
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

大気中の匂い分子は嗅細胞の発現する匂い受容体により認識される。マウスでは約1000種の匂い受容体の遺伝子が存在するが、個々の嗅細胞はこのなかから1種類をのみを選んで発現する事が知られている。同じ匂い受容体を発現する嗅細胞は嗅上皮上では散在しているが、その軸索は収束して同一の糸球体へと投射する。結果として、嗅球表面には匂い受容体の種類によって特徴づけられる糸球体の地図ができあがる。嗅神経の投射において、匂い受容体自身が非常に重要な働きをすることがわかっている。たとえば、ある匂い受容体遺伝子座に別の受容体を組み替えてやると、その遺伝子を発現した軸索は、元々の受容体とも新しく獲得した受容体とも異なる第3の糸球体に収束すると報告されている。嗅神経投射において、嗅細胞の神経活動が関与するか否かについては大きな論争がある。そこで、Hebb型学習則に基づく活動依存的神経回路モデルを用いて嗅神経投射のシミュレーションを行い、現在までに示されている実験データをどこまで説明できるか検討した。一般的に軸索投射は大まかには活動非依存的にガイドされ、活動依存的に最終的な調整が行われると考えられている。本研究ではその考えを基に、活動依存的な嗅神経相互作用が働く範囲を48 x 48の格子内に限定し、その中で16種類の匂い受容体を発現する嗅細胞の軸索が相互作用する様子を、Tanakaの自己組織化モデルを用いてシミュレートした。その結果、仮想匂い分子の刺激により、同じ受容体を発現する嗅細胞が糸球体様構造に収束することが示された。さらに、匂い受容体欠損マウスにおける嗅神経投射のパターンや、トランスジェニックマウス等で遺伝子改変した匂い受容体遺伝子アレルを発現する軸索の分離など、多くの実験結果をこのモデルによりうまく再現することができた。

大气中的气味分子被嗅觉细胞表达的气味受体识别。小鼠体内约有 1000 种气味受体基因，但已知每个嗅觉细胞仅选择并表达一种类型。表达相同气味受体的嗅觉细胞分散在嗅觉上皮上，但它们的轴突会聚并投射到相同的肾小球。结果，嗅球表面形成了以气味受体类型为特征的肾小球图。众所周知，气味受体本身在嗅觉神经投射中起着非常重要的作用。例如，据报道，当气味受体基因座与另一个受体重组时，表达该基因的轴突会聚在与原始受体或新获得的受体不同的第三个肾小球上。关于嗅细胞的神经活动是否参与嗅觉神经投射存在很大争议。因此，我们使用基于赫布型学习规则的活动依赖性神经回路模型来模拟嗅觉神经投射，并检查迄今为止显示的实验数据可以在多大程度上得到解释。一般认为，轴突投射以与活动无关的方式粗略引导，并以活动依赖的方式进行最终调整。基于这个想法，在这项研究中，我们将活动依赖性嗅觉神经相互作用的运作范围限制在48 x 48网格内，在该网格内表达16种气味受体的嗅觉细胞的轴突彼此相互作用。使用田中的自组织模型进行模拟。结果表明，虚拟气味分子的刺激会导致表达相同受体的嗅觉细胞聚集成肾小球样结构。此外，该模型成功地再现了许多实验结果，例如气味受体缺陷小鼠的嗅觉神经投射模式以及转基因小鼠中表达转基因气味受体基因等位基因的轴突的分离。

项目成果

期刊论文数量（26）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

T.Hirata et al.: "Short-range guidance of olfactory bulb axons is independent of repulsive factor slit."J.Neurosci. (in press). (2001)

T.Hirata 等人：“嗅球轴突的短程引导与排斥因子狭缝无关。”J.Neurosci。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

T. Hirata, H. Fujisawa, J. Y. Wu, Y. Rao: "Short-range guidance of olfactory bulb axons is independent of repulsive factor slit"J. Neurosci... 21. 2373-2379 (2001)

T. Hirata、H. Fujisawa、J. Y. Wu、Y. Rao：“嗅球轴突的短程引导与排斥因子狭缝无关”J.

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Hirata, T., Nomura, T., Takagi, Y., Sato, Y., Tomioka, N., Fujisawa, H., Osumi, N.: "Mosaic development of the olfactory cortex with Pax6-dependent and -independent components"Dev.Brain Res.. 136. 17-26 (2002)

Hirata, T.、Nomura, T.、Takagi, Y.、Sato, Y.、Tomioka, N.、Fujisawa, H.、Osumi, N.：“具有 Pax6 依赖性和独立成分的嗅觉皮层的马赛克发育

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Theoretical consideration of olfactory axon projection with an activity-dependent neural network model

活动依赖神经网络模型嗅觉轴突投影的理论思考

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
Mol.Cell.Neurosci. 26
影响因子：
0
作者：
Tozaki H;Tanaka S;Hirata T.
通讯作者：
Hirata T.

Tozaki, H., Kawasaki, T., Takagi, Y., Hirata, T.: "Expression of Nogo protein by growing axons in the developing nervous system"Mol.Brain Res.. 104. 111-119 (2002)

Tozaki, H.、Kawasaki, T.、Takagi, Y.、Hirata, T.：“通过在发育中的神经系统中生长轴突来表达 Nogo 蛋白”Mol.Brain Res.. 104. 111-119 (2002)

DOI：
发表时间：
期刊：
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0
作者：
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平田たつみ其他文献

betaIV-spectrin forms a diffusion barrier against L1CAM at the axon initial segment.

betaIV-血影蛋白在轴突起始段形成针对 L1CAM 的扩散屏障。

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Molecular and Cellular Neuroscience Vol. 34, No. 3
影响因子：
0
作者：
Fouquet C;et. al.;Fouquet C;Gil V;平田たつみ;Kazunari Nishimura;Kazunari Nishimura
通讯作者：
Kazunari Nishimura