逃避行動を担うコマンドシステムの適応的発生の分子基盤

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一般に、ニューロンの機能と形態には密接な関係があると考えられるが、定型的な神経突起の発達が動物の行動において果たす機能はほとんど明らかになっていない。申請者はこれまでにショウジョウバエ幼虫の腹部神経節において、分節によって機能と形態が異なるWaveというニューロンを同定していた。頭部分節のWave(a-Wave)は後退運動を惹起し軸索が頭部方向への投射極性を示す一方で、尾部分節のWave (p-Wave)は前進運動を惹起し軸索が尾部方向にも極性を有する。本研究ではこのようなWaveの多様な運動司令と軸索投射極性の関係性に着目し、機能と形態の因果的関係を明らかにすることを目的とした。昨年度は、Wave軸索においてFrizzled受容体であるDFz2およびDFz4が、 共通のリガンドであるDWnt4を認識することで尾部方向への投射極性を決めることを明らかにした。このなかでDFz2ノックダウンでは、a-Wave軸索の投射極性が破綻し、尾部方向への異所的投射がみられた。そこで、DFz2ノックダウン時にWaveをオプトジェネティクスで活性化し、尾部方向への異所的投射が自由行動中の幼虫の行動選択に影響を及ぼすかどうかを調べた。その結果、DFz2ノックダウンによってWave活性化時における前進運動の惹起回数が増え、またその速度が上昇することがわかった。この結果は、a-Wave軸索が頭部方向への投射極性を失った結果、尾部分節に存在すると考えられる前進運動回路にシナプス結合を作り、逃避的な前進運動（速い前進運動）を惹起させたことを示唆する。本研究で得られた、軸索誘導因子受容体の発現パターンの調整によって回路結合や行動が変化しうるという知見は、脳神経系や行動の進化に対して重要な洞察を与えるものと考えられる。