ウニ胚や幼生の神経細胞は、細胞数が少なく、神経分化の流れや分子制御を詳細に追跡することが容易ではありません。今回、バフンウニについて、発生段階ごとの単一細胞RNA-seqアトラス（細胞分布データ集）を構築し、誰もが手軽に1細胞レベルでの遺伝子発現を調べられる形で公開しました。　単一細胞RNAシーケンス（single-cell RNA-seq; scRNA-seq）は、個々の細胞がどの遺伝子を発現しているかを網羅的に解析できる強力な手法です。生物の発生過程では、同じ胚の中でも細胞が多様な運命へ分岐していきますが、scRNA-seqを用いると、細胞集団全体を平均した解析（バルクRNA-...

脳を持たないとされてきたウニ幼生に、光で行動を調節する「脳のような」の神経細胞群（中枢）を見いだしました。この神経細胞群は、脊椎動物の脳と一部共通する特徴が確認され、後口動物の共通祖先までさかのぼる脳機能の起源に関する新たな示唆を提供する結果となりました。　本研究は、ウニ幼生の前端部神経外胚葉に、非視覚性光感受性ニューロン（「見る」ためではなく、光を感じて応答する神経）の細胞群を同定しました。これにより、脊椎動物の脳に相当する「中枢」が、脳を持たないとされてきた棘皮動物（ウニ）にも存在する可能性が示唆されました。これらの神経細胞群は、光を感知するタンパク質である非視覚オプシン（Op...

視覚情報と運動とを結びつけて覚える「連合学習」が行われる神経メカニズムとして、小脳の持続的な視覚応答が増強されることによって、行動の目的に関連した情報が増幅され、視覚刺激と行動の対応関係を区別しやすくしていることが分かりました。　「車の運転中に赤信号を見たらブレーキを踏む」「スマートフォンの通知を見てアプリを開く」といった習慣的で円滑な行動は、特定の感覚刺激とそれに対応する運動を結びつけて覚える「連合学習」によって形成されています。近年、このような連合学習に小脳が関与している事が示唆されていますが、具体的な神経メカニズムは分かっていませんでした。　そこで本研究では、ニホ...

感情と覚醒をつなぐ新しい神経経路として、大脳辺縁系の一部である分界条床核のニューロン（神経細胞）が、中脳の深中脳核の興奮性ニューロンを介して覚醒を誘発することを明らかにしました。この経路はストレスによる睡眠障害を引き起こす神経基盤の一つである可能性があります。　私たちの感情やストレスは、眠りや目覚めに大きな影響を与えます。これまで、感情を司る脳の扁桃体やその周辺構造が覚醒に関与することは知られていましたが、その具体的な神経メカニズムはよく分かっていませんでした。　本研究では、脳の扁桃体の延長部にあたる分界条床核（BNST）のGABAというアミノ酸を神経伝達物質とするニュ...

脊椎動物では骨にカルシウムが蓄えられていますが、ショウジョウバエを用いた研究により、骨を持たない動物においても、カルシウム貯蔵に特化した器官が存在すること、そしてカルシウムが不足した際にホルモンを介してカルシウムを放出する内分泌システムが存在することを見いだしました。　カルシウムは、筋収縮や神経活動など、動物の生存にとって不可欠な生理機能を担うミネラルです。脊椎動物では、副甲状腺ホルモン（PTH）をはじめとするホルモンが、カルシウム貯蔵庫である骨からのカルシウム放出を制御し、血中カルシウム濃度を維持しています。しかし、昆虫など骨を持たない無脊椎動物の体内でのカルシウム濃度調節の仕組...

マウス脳損傷モデルにおいて、視床下部にあるQニューロンという神経細胞を刺激して誘導される冬眠様低体温状態が、神経炎症を抑え神経細胞の生存と運動機能の回復を促進することを明らかにしました。外部冷却を用いない生理的低体温法として、外傷性脳損傷の新たな治療戦略になる可能性があります。　交通事故や転倒などで頭を強く打つと、外傷性脳損傷（TBI）と呼ばれる状態が起こります。このとき、脳が損傷した後に炎症が広がり、神経細胞がさらに壊れてしまうため、運動や記憶に長く後遺症が残ることがあります。その治療法として、現在、体温を下げて脳を守る「治療的低体温療法」が注目されていますが、外部から体を冷やす...

ストレスにさらされた昆虫の個体死を誘導するために必要な遺伝子およびシグナル経路を発見しました。許容範囲を超えるストレスにさらされるとこのシグナル経路が活性化し、神経細胞の死が促進されて最終的に昆虫を死に至らしめることが分かりました。　生物は、温度や紫外線、個体間相互作用などさまざまなストレスを受けながら生き延びています。許容範囲内のストレスであれば耐性を発揮することで生存できます。その一方で、許容レベルを超える過剰なストレス（致死ストレス）を受けた場合、個体は死に至りますが、そのようなストレス依存的な個体死の制御メカニズムは未解明のままでした。　本研究グループは、モデル...

半導体の微細構造の計測に使われていた光波散乱計測を神経細胞の計測に応用することに世界で初めて成功しました。試料に照射した光の回折パターンから形状を読み取る精度を機械学習で高めるなどした成果で、従来の光学顕微鏡に比べて分解能と計測速度が10倍以上になりました。　脳は多数の神経細胞を基本単位として構成され、その一つひとつが情報処理の基盤となっています。しかし、その働きはいまだ十分には理解されていません。特に記憶のメカニズムは脳科学の重要な未解決問題で、その発現原理や情報処理機構は不明です。この問題を解く一つの手法として、単一神経細胞の形態や内部構造の動態を、非侵襲かつ高分解能で計測する...

天然に由来するアルカロイド（窒素を含む有機塩基類）であるテトランドリンが、細胞小器官の一つであるリソソームを損傷させ、リソファジー（オートファジーが傷ついたリソソームを選択的に隔離、分解する）を引き起こすと同時に、リソソームの新生を促す二相性の細胞応答が働くことを見いだしました。　オートファジーとは、細胞の中の不要になったタンパク質や小器官を自己分解する仕組みで、「細胞の掃除屋」とも例えられます。このとき、リソソームと呼ばれる細胞小器官が、分解を担います。これまで、中国や台湾に自生するツヅラフジ科植物Stephania tetrandraに豊富に含まれるアルカロイド（...

Diverse firing profiles of Crhbp-positive neurons in the dorsal pons suggestive of their pleiotropic roles in REM sleep regulation in mice...

脳内の神経活動を解析する新しい手法により、自然に活動する動物脳内の神経活動を99日間以上追跡することが可能になりました。この技術は、撮影のセッションをまたぐデータを高精度に解析できます。記憶の仕組みや神経疾患の進行解明に役立つ重要な研究ツールとして期待されます。　自由に行動し、自然な睡眠を取るマウスの脳内神経活動を可視化するための手法として、超小型顕微鏡によるカルシウムイメージングが広く用いられています。しかし、この手法は、複数のイメージングセッションをまたぐ神経細胞集団の分析において、セッション毎に変化する撮影視野や脳組織の微細な変形を扱うことができず、集団内の同一の細胞を正確に...

(Image by NDAB Creativity/Shutterstock)　健康増進を目的した運動処方では中〜高強度の運動継続が一般的です。本研究では、記憶に関わる海馬の神経細胞が超低強度運動でも活性化し、高強度運動まで強度依存的に活性化することを示しました。本研究チームのこれまでの報告...

低強度運動でも脳の海馬が活性化する基盤として、ドーパミンなどモノアミン系の神経伝達物質が関与するかどうかを検証しました。脳幹の腹側被蓋野に由来するドーパミンと青斑核に由来するノルアドレナリンが、低強度運動による海馬の活性化を調節する脳神経回路として関連することが想定されました。 　近年、軽めのジョギングやヨガに相当する低強度の運動でも海馬が活性化され、神経細胞の数が増えたり、記憶力が良くなったりすることが分かってきました。しかし、運動中の脳内では、どのような神経回路が作動し、海馬の神経細胞を活性化しているのか、詳細なメカニズムは不明です。 ...