Mechanisms of activity-dependent neural circuit formation in olfactory system

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高等動物の神経回路は、神経活動を介した精緻化の過程を経て完成する。この活動に依存した回路形成を説明するモデルとしてヘブ則が知られているが、これはシナプス前細胞と後細胞との同期的活動に伴うシナプス結合の可塑的な変化を前提としている。しかし、嗅覚系における神経活動依存的な糸球体形成機構はシナプス形成前に起こる現象であり、シナプス後細胞が欠損した場合でも観察される。従って、嗅覚系の回路形成機構には既存のモデルが適用出来ず、異なる機構が存在すると考えられた。本研究では、マウス嗅覚系における神経活動依存的な神経回路の形成機構を解明すべく、嗅細胞における神経活動の記録および操作の実験に取り組んだ。実験の結果から、①個々の嗅細胞に発現する嗅覚受容体という情報は神経活動の自発発火パターンへと変換されること、②それぞれの神経活動パターンは異なる軸索選別分子の発現を誘導すること、③嗅覚受容体の種類という情報は神経活動パターンを介して分子発現を誘導し、それらの分子発現によって回路の精緻化が行われることを明らかにした。これらの研究成果は、権威ある国際誌Science誌に掲載され、国内外多くの研究者の注目を集めた。