統合型解析顕微鏡を用いた線虫Ｃ．ｅｌｅｇａｎｓの感覚応答行動制御メカニズムの解明

本研究では、「感覚入力に基づいて運動出力を制御する神経回路活動を、細胞レベルで理解すること」を目的とし、極めてシンプルな神経系を持つ線虫C. elegansをモデルとして、匂い物質ノナノンに対する濃度勾配に沿った効率的な忌避行動を可能にする神経メカニズムを明らかにする。これまでに我々は、独自に開発した統合型顕微鏡システムを用いて、ノナノンの増加と減少に反応する異なる二種類の感覚神経細胞を同定した。一種類の感覚細胞は濃度増加に対して微分的に活動し素早く方向転換を引き起こす一方、もう一種類の感覚細胞は濃度減少に積分的に反応し慎重に正しい方向への直進を引き起こしていた。さらに、この積分的な神経活動のパターンは、一種類の電位依存性カルシウムチャネルが持続的なカルシウム流入を引き起こすことで生成されることも明らかになった。今年度は、濃度増加に反応する細胞において、微分的活動が引き起こされるメカニズムを解明した。変異体や阻害剤を用いた解析と神経活動パターンの数理モデル化を組み合わせることで、この微分的活動は一過的な早い成分と積分的な遅い成分の和として表せられること、さらに、それぞれの成分を介する複数のカルシウムチャネルを同定した。以上から、細胞の種類依存的なカルシウムチャネルの関与が、神経細胞の応答性の速さを決定づけていることを明らかにした。

本研究では、「感覚入力に基づいて運動出力を制御する神経回路活動を、細胞レベルで理解すること」を目的とし、極めてシンプルな神経系を持つ線虫C. elegansをモデルとして、匂い物質ノナノンに対する濃度勾配に沿った効率的な忌避行動を可能にする神経メカニズムを明らかにする。これまでに我々は、独自に開発した統合型顕微鏡システムを用いて、ノナノンの増加と減少に反応する異なる二種類の感覚神経細胞を同定した。一種類の感覚細胞は濃度増加に対して微分的に活動し素早く方向転換を引き起こす一方、もう一種類の感覚細胞は濃度減少に積分的に反応し慎重に正しい方向への直進を引き起こしていた。さらに、この積分的な神経活動のパターンは、一種類の電位依存性カルシウムチャネルが持続的なカルシウム流入を引き起こすことで生成されることも明らかになった。今年度は、濃度増加に反応する細胞において、微分的活動が引き起こされるメカニズムを解明した。変異体や阻害剤を用いた解析と神経活動パターンの数理モデル化を組み合わせることで、この微分的活動は一過的な早い成分と積分的な遅い成分の和として表せられること、さらに、それぞれの成分を介する複数のカルシウムチャネルを同定した。以上から、細胞の種類依存的なカルシウムチャネルの関与が、神経細胞の応答性の速さを決定づけていることを明らかにした。