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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12053264/
• 关键词: 嗅覚系; 糸球体; コンピュータシミュレーション; 活動依存的自己組織化モデル; 軸索投射; c-kitチロシンキナーゼ; 発生; マウス; 神経回路; 軸索伸長; 神経; 細胞骨格; 成長円錐; 嗅索; lot細胞; 細胞移動; 神経発生; 新皮質; 領域形成

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。

In the atmosphere, there are 匂 匂 molecules in the olfactory cells, する匂 receptors, によ, and される. About 1000 kinds of の マ ウ ス で は 匂 い by body の but 伝 son が exists す る が, a 々 の olfactory cell は こ の な か か ら 1 species を の み を choose ん で 発 now す る matter が know ら れ て い る. With じ 匂 い by let body を 発 now す る は olfactory cells on the olfactory epithelium で は scattered し て い る が, そ の axon は 収 beam し て same の si sphere へ と projection す る. The results show that と て, olfactory bulb surface に, 匂, 匂, receptor species によって, characteristics づけられる, spherospheric map がで, あがる, あがる, あがる. Olfactory god 経 の projection に お い て, 匂 い が by, let the body itself is very important な に 働 き を す る こ と が わ か っ て い る. た と え ば, あ る 匂 い by let body heritage 伝 stroma に don't の is let body み を group for え て や る と, そ の posthumous son 伝 を 発 now し た axon は, yuan 々 の by let body と も new し く get し た by let body と も different な る の si 3 ball に 収 beam す る と report さ れ て い る. The olfactory neurotransmitter projection にお にお て, the relationship between the olfactory cellular neurotransmitter activity が and the する する に に て て て て <s:1> large にお な debate がある. そ こ で, type Hebb learning is に づ く activity dependent god 経 loop モ デ ル を with い て olfactory god 経 projection の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を い, now ま で に shown さ れ て い る be 験 デ ー タ を ど こ ま で illustrate で き る か beg し 検 た. General に は large axon projection ま か に は activity of interdependent に ガ イ ド さ れ, activity dependent に eventually な line adjustment が わ れ る と exam え ら れ て い る. This study で は そ の exam え を に, activity dependent な smell god 経 interacting が 働 く van 囲 を に limit し within 48 x 48 の grid, そ の で 16 kinds of の 匂 い by let body を 発 now す る olfactory cell の axon が interaction す る others を, Tanaka の yourself organized モ デ ル を with い て シ ミ ュ レ ー ト し た. そ の results, 仮 think 匂 い molecular の stimulus に よ り, with じ by let body を 発 now す る olfactory cell が si sphere others in tectonic に 収 beam す る こ と が shown さ れ た. さ ら に, 匂 い owed by let body loss マ ウ ス に お け る olfactory god 経 projection の パ タ ー ン や, ト ラ ン ス ジ ェ ニ ッ ク マ ウ ス etc で heritage 伝 child change - し た 匂 い by let body heritage 伝 son ア レ ル を 発 now す る axon の separation な ど, multiple く の be 験 results を こ の モ デ ル に よ り う ま く reappearance す る こ と が で き た.

项目成果

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。

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

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.

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

• 发表时间: 2004
• 期刊: Mol.Cell.Neurosci. 26
• 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)