局所的神経刺激と神経活動可視化の同時適用による運動神経細胞の新機能解明

通过同时应用局部神经刺激和神经活动可视化来阐明运动神经元的新功能

• 批准号: 15J03655
• 负责人: 松永 光幸
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J03655/
• 关键词: カルシウムイメージング; オプトジェネティクス; ショウジョウバエ; 運動回路; 電気シナプス; 運動神経細胞; ShakB; Caイメージング

本研究は、ショウジョウバエ幼虫のぜん動運動をモデルとして、運動回路の作動機構解明を目指したものである。動物の洗練された運動は、神経回路内における精確な情報の伝播によって生成される。これまで、歩行や遊泳などの運動パターン・リズムを生起する神経回路は、主に介在神経細胞（INs: Interneurons）によって構成され、その最終出力が運動神経細胞（MNs: Motoneurons）に伝えられるという描像が主流であった。本研究では、MNsが中枢にシナプス入力を直接与えているか、またそのシナプス入力はどのような機能を持ち、どのような分子メカニズムによって媒介されているかを調べた。光遺伝学によりMNsの活動を局所的に操作しながら、Ca2+イメージング法によりMNsの中枢内活動伝播ダイナミクスを可視化することを可能にする実験系を構築し、MNsの局所的な活動操作が、リズム運動の生成に与える影響を探った。さらに分子メカニズムを調べるために、電気シナプス変異体やRNAi法を利用して、MNs内で発現する電気シナプスの可能性を検討した。その結果、MNsの局所的な活動がリズム運動の生成を制御すること、その過程にMNs内電気シナプスが関与していることを明らかとした。結果を説明する一つの仮説として、MNsとそのパートナーの細胞間で電気シナプス形成しており、その情報伝達が運動波の生成頻度を決定しているというモデルを考えた。以上の知見は運動回路の作動機構の理解において重要な貢献をするものである。これらの結果は2017年にJournal of Neuroscienceに投稿済みであり、論文はFeatured articleに選ばれた。

这项研究旨在使用果蝇幼虫的蠕动运动作为模型来阐明运动回路的机理。动物的精致运动是通过神经回路中精确信息传播而产生的。到目前为止，产生运动模式和节奏（例如步行和游泳）的神经回路主要由中间神经元（INS）组成，并且最终输出传递给运动神经元（MNS）（Motoneurons）。在这项研究中，我们研究了MN是否直接在中心提供突触输入，以及这些突触输入具有哪些功能以及介导的分子机制。我们构建了一个实验系统，该系统使我们能够使用CA2+成像来可视化MNS中心活动传播的动力学，同时使用光遗传学对MNS的活性进行局部操纵，并探索MN局部活动对节奏运动产生的影响。此外，为了研究分子机制，我们研究了使用电突触突变体和RNAi方法在MN中表达的电体的可能性。结果表明，MNS的局部活性调节节奏运动的产生，并且内部MNS电气突触参与此过程。一个假设解释了结果的模型，其中MNS及其伴侣细胞之间形成了电击，信号传递决定了运动波的产生频率。以上发现在理解运动电路的致动机理方面做出了重要贡献。这些结果先前于2017年提交给《神经科学杂志》，并被选为特色文章。

项目成果

Local motoneuornal activity regulates the frequency of fictive locomotion in a segment-specific manner

局部运动神经活动以特定节段的方式调节虚构运动的频率

• 发表时间: 2015
• 作者: Matsunaga T;Kohsaka H;*Nose A.;Teruyuki Matsunaga
• 通讯作者: Teruyuki Matsunaga