脳神経系の機能単位を形づくる分子メカニズムの解明

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ショウジョウバエは、複眼から受け取る外界の光情報により色の判別、物体の動き感知、物体の形状認識ができることが分かっている。これらの知覚情報を統合することでハエは周囲の環境に応じて適切な行動をとることができる。これまでの遺伝学・解剖学を用いた研究から、視覚系の情報統合が最初に行われるのはメダラ神経節と考えられる。ショウジョウバエは高等動物と比較して単純な神経系を持っているが、メダラ神経節は哺乳類の大脳皮質に似た層構造を持ち、また、本研究によりメダラ神経細胞が大脳皮質神経細胞と同様に発生過程で細胞移動をすることが分かったので、メダラ神経細胞の発生・機能の解明により進化的に保存された脳形成・機能のメカニズムの一端が明らかにされることが期待される。前年度までの研究で、メダラ神経細胞が産生される幼虫期においてメダラ神経節で同心円状かつ相互排他的に発現する転写因子群を同定した。また、これらのうち最も外側で発現するPOUドメイン転写因子をコードするdrifter(drf)について、相同組み換えの手法を用いて、酵母由来の転写因子Gal4が内在性drfと同じパターンで発現する系統(drf-Gal4)を作製した。本年度の研究において、drf-Gal4系統とモザイク解析(MARCM法)を用いて個々の野生型drf陽性メダラ神経細胞を可視化して形態を調べたところ、drfを発現する細胞は全部で六十種類以上ものメダラ神経細胞のうち八種類のみに分化することが分かった。次に、生体内RNAiを用いてdrf陽性メダラ神経細胞でdrfの機能をノックダウンしたところ、神経細胞の形態に異常が観察された。また、drf陽性メダラ神経細胞がどのようにして幼虫期の単純な形態から成虫期の複雑な形態に分化していくのかを経時的に観察した。その結果、少なくとも蛹の初期においてdrf陽性神経細胞はすでに、成虫期にある程度似通った形に分化していることが分かった。また、本研究で同定したPOUドメイン転写因子Banana(Pdm3)はdrf陽性メダラ神経細胞の一部で発現していることがわかった。