局所的神経刺激と神経活動可視化の同時適用による運動神経細胞の新機能解明

本研究は、ショウジョウバエ幼虫のぜん動運動をモデルとして、運動回路の作動機構解明を目指したものである。動物の洗練された運動は、神経回路内における精確な情報の伝播によって生成される。これまで、歩行や遊泳などの運動パターン・リズムを生起する神経回路は、主に介在神経細胞（INs: Interneurons）によって構成され、その最終出力が運動神経細胞（MNs: Motoneurons）に伝えられるという描像が主流であった。本研究では、MNsが中枢にシナプス入力を直接与えているか、またそのシナプス入力はどのような機能を持ち、どのような分子メカニズムによって媒介されているかを調べた。光遺伝学によりMNsの活動を局所的に操作しながら、Ca2+イメージング法によりMNsの中枢内活動伝播ダイナミクスを可視化することを可能にする実験系を構築し、MNsの局所的な活動操作が、リズム運動の生成に与える影響を探った。さらに分子メカニズムを調べるために、電気シナプス変異体やRNAi法を利用して、MNs内で発現する電気シナプスの可能性を検討した。その結果、MNsの局所的な活動がリズム運動の生成を制御すること、その過程にMNs内電気シナプスが関与していることを明らかとした。結果を説明する一つの仮説として、MNsとそのパートナーの細胞間で電気シナプス形成しており、その情報伝達が運動波の生成頻度を決定しているというモデルを考えた。以上の知見は運動回路の作動機構の理解において重要な貢献をするものである。これらの結果は2017年にJournal of Neuroscienceに投稿済みであり、論文はFeatured articleに選ばれた。

本研究は、ショウジョウバエ幼虫のぜん動運動をモデルとして、運動回路の作動機構解明を目指したものである。動物の洗練された運動は、神経回路内における精確な情報の伝播によって生成される。これまで、歩行や遊泳などの運動パターン・リズムを生起する神経回路は、主に介在神経細胞（INs: Interneurons）によって構成され、その最終出力が運動神経細胞（MNs: Motoneurons）に伝えられるという描像が主流であった。本研究では、MNsが中枢にシナプス入力を直接与えているか、またそのシナプス入力はどのような機能を持ち、どのような分子メカニズムによって媒介されているかを調べた。光遺伝学によりMNsの活動を局所的に操作しながら、Ca2+イメージング法によりMNsの中枢内活動伝播ダイナミクスを可視化することを可能にする実験系を構築し、MNsの局所的な活動操作が、リズム運動の生成に与える影響を探った。さらに分子メカニズムを調べるために、電気シナプス変異体やRNAi法を利用して、MNs内で発現する電気シナプスの可能性を検討した。その結果、MNsの局所的な活動がリズム運動の生成を制御すること、その過程にMNs内電気シナプスが関与していることを明らかとした。結果を説明する一つの仮説として、MNsとそのパートナーの細胞間で電気シナプス形成しており、その情報伝達が運動波の生成頻度を決定しているというモデルを考えた。以上の知見は運動回路の作動機構の理解において重要な貢献をするものである。これらの結果は2017年にJournal of Neuroscienceに投稿済みであり、論文はFeatured articleに選ばれた。