ショウジョウバエ脳形成グランドプランの分子遺伝学的解析

我々はこれまでに、このショウジョウバエ脳の初期発生が、otd/Otx,ems/Emx,exd/Pbx1,hth/Meis1,eyeless/Pax6等の進化上高度に保存されたホメオボックス遺伝子により支配されていることを明らかにし、脊椎動物の脳の初期発生と共通する普遍的な分子機構の存在を示してきた。今年度は、これらの研究結果を基礎に、ショウジョウバエ脳において学習・記憶等の高次中枢構造であるキノコ体の形成機構について解析を行った。キノコ体特異的エハンサートラップ系統と共焦点顕微鏡を用いた解析により、胚発生期におけるキノコ体前駆体細胞を同定し、ショウジョウバエPax6相同遺伝子であるeyelessとtwin of eyelessが前駆細胞で発現していることをを明らかにした。また、複眼形成過程でeyelessと共に機能するdachshundの発現を確認した。突然変異体脳の遺伝学的解析により、eyelessとduchshundはキノコ体神経構造の構築にあたり協調的に機能することが明らかとなった。Pax6遺伝子は、脊椎動物脳の嗅球・嗅皮質・扁桃体等の嗅覚情報系の形成に重要な機能を持つ事が知られている。加えて、神経解剖学的な比較から、脊椎動物と無脊椎動物の味覚情報系に顕著な構造上の共通性が存在することが従来より指摘されている。ショウジョウバエキノコ体と脊椎動物脳の嗅覚中枢の形成の両者におけるPax6遺伝子の重様性は、多様な動物の脳の嗅覚・学習系の構築過程が、普遍的な遺伝子プログラムにより制御されている可能性を示唆している。

我々はこれまでに、このショウジョウバエ脳の初期発生が、otd/Otx,ems/Emx,exd/Pbx1,hth/Meis1,eyeless/Pax6等の進化上高度に保存されたホメオボックス遺伝子により支配されていることを明らかにし、脊椎動物の脳の初期発生と共通する普遍的な分子機構の存在を示してきた。今年度は、これらの研究結果を基礎に、ショウジョウバエ脳において学習・記憶等の高次中枢構造であるキノコ体の形成機構について解析を行った。キノコ体特異的エハンサートラップ系統と共焦点顕微鏡を用いた解析により、胚発生期におけるキノコ体前駆体細胞を同定し、ショウジョウバエPax6相同遺伝子であるeyelessとtwin of eyelessが前駆細胞で発現していることをを明らかにした。また、複眼形成過程でeyelessと共に機能するdachshundの発現を確認した。突然変異体脳の遺伝学的解析により、eyelessとduchshundはキノコ体神経構造の構築にあたり協調的に機能することが明らかとなった。Pax6遺伝子は、脊椎動物脳の嗅球・嗅皮質・扁桃体等の嗅覚情報系の形成に重要な機能を持つ事が知られている。加えて、神経解剖学的な比較から、脊椎動物と無脊椎動物の味覚情報系に顕著な構造上の共通性が存在することが従来より指摘されている。ショウジョウバエキノコ体と脊椎動物脳の嗅覚中枢の形成の両者におけるPax6遺伝子の重様性は、多様な動物の脳の嗅覚・学習系の構築過程が、普遍的な遺伝子プログラムにより制御されている可能性を示唆している。