【研究領域課題番号】18K14651 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

嗅覚 / 脱感作 / 順応 / 匂い / ムスク / SNP / 嗅覚受容体

【研究成果の概要】

日常生活において、香りは生活の質を高める重要な要素のひとつとなっている。視覚が光を受容するたった4種類の受容体で構成されるのに対して、嗅覚は、ヒトでは396種類もの受容体がある上、各々が多数の匂い物質を受容する。さらに嗅覚受容体には多型があり、遺伝型により匂い応答性が異なる。こうした嗅覚の複雑さが、匂いを研究対象として扱う上での挑戦性を高めており、個々人の好みや目的に合いかつ周囲と調和のとれた香りの創出を阻んできた。本研究では、受容体と匂い物質の対応関係がシンプルな“ムスクの香り”をモデルとして、個々の嗅覚受容体が担う匂いの質と受容体の遺伝的多型が匂いの感じ方に及ぼす影響を解明した。

【研究の社会的意義】

比較的安価に個人の全ゲノム配列が決定できるようになった現在、食品・香粧品業界における香りの利用においても、個々人の感性やニーズに合わせた香りをデザインする、あるいは、逆に遺伝型の情報から個人差の少ない香りをスクリーニングしてユニバーサルな香りをデザインすることが求められる。この様な、近未来の香りデザインを視野に入れたとき、本研究における“受容体の遺伝的多型が匂い感受性に及ぼす影響”や“個々の受容体が担う匂いの質”の解明は学術的にも社会的にも意義深い。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】16K14576 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

嗅覚 / 神経細胞 / 嗅覚受容体 / 直接変換法 / リガンド / 匂い / 神経科学 / 脳・神経 / ゲノム

【研究成果の概要】

ヒト嗅覚受容体のリガンドを同定することは、ヒトの匂い受容の理解にとって必須である。本申請課題では、ヒト嗅覚受容体のリガンドを同定するアッセイ系の確立するため、ヒト嗅神経をin vitroで作出する方法を計画した。発生期の嗅覚神経細胞の遺伝子発現プロファイルデータから候補となる転写因子を絞り込んだ。現在、レンチウイルスを用いてヒト線維芽細胞に遺伝子導入し、嗅覚神経細胞への分化誘導を試みている。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)

【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】26450129 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

匂い / フェロモン / 脳・神経 / ＭＲＩ / 嗅覚 / 嗅球 / MRI / 副嗅球

【研究成果の概要】

多くの動物は、種の保存や生命の危機回避において、嗅覚を通じて外界から様々な情報を得ている。匂い物質やフェロモンといった化学物質がその情報の担い手であり、情動や行動、生理的変化を惹き起こす。
本研究において、マウス脳内における匂い物質やフェロモン様物質に対する応答を、機能的MRI手法により捉えることに成功した。繰り返しの嗅覚刺激に呼応して周期的に信号変化が生じる脳内部位を抽出する解析手法を確立し、これを適用することにより、応答部位を同定した。刺激物質に応じて異なる脳領域に応答が見られた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】24227003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

嗅覚受容体 / 匂い物質 / リガンド / 生理活性物質 / 嗅覚 / 匂い / マウス

【研究成果の概要】

マウスが自然界で感知する匂いと嗅覚受容体の対応付けは進んでいない。また、嗅覚受容体は、精巣、心臓、筋肉など、鼻以外の組織でも発現しているが内在性リガンドは同定されていない。本研究では、これら嗅覚受容体のナチュラルリガンドを同定することを目的とした。活性物質精製に適した効率のよい嗅覚受容体アッセイ系を確立した。嗅覚受容体のナチュラルリガンドとして、包皮腺から脂質関連物質の精製・構造決定に成功した。卵巣に発現する嗅覚受容体の内在性リガンドの同定及び機能解析に成功した。動物の社会性行動の理解、化学生態環境の制御、創薬フィールドの拡大という、脳科学、環境問題、医薬領域への波及効果が期待される。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2012-05-31 - 2017-03-31

【配分額】214,630千円 (直接経費: 165,100千円、間接経費: 49,530千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】13898020 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

嗅覚 / 神経 / 匂い / フェロモン / 情報伝達

【研究成果の概要】

日本の嗅覚研究は、匂いでは嗅上皮嗅細胞レベルから嗅球へ、また、フェロモンでは鋤鼻器神経細胞から副嗅球へ、そして、最終的には高次中枢、行動までを、生化学的、生理学的、分子生物学的なアプローチによって解析しており、欧米諸国の成果にひけをとらない。しかし、電気生理学、分子生物学、生化学、発生形態学など様々な領域の多角的なアプローチが必要な特殊分野であることが嗅覚研究の難しさの原因となり、多くの研究者が興味をもっているにも関わらず実際に取り組むことができず、分子レベルでの嗅覚メカニズムの解明は遅々としてきただけでなく、領域をこえた横断的連携が効率良くはかられてこなかったのが現状である。そこで、国内研究者の成果を正当に提唱し、世界的にも確固たる役割を担うためには、日本の嗅覚研究者が一同に会して研究交流をし、共同研究の可能性を企画調査し、オリジナルな研究の推進のための意見交流をすることが早急に望まれている。
平成13年9月8日に、班員研究室一同(約60名)が会した非公開の班会議およびセミナーを東京大学医学部で行った。班会議において、本領域の更なる必要性に基づいて、本特定領域発足についての議論をした。さらに日本国内の嗅覚研究の活性化をはかるために、平成14年2月23日に約120名の聴衆のもとに公開シンポジウム「多角的アプローチによる嗅覚情報伝達の総合的研究-今、嗅覚研究が面白い!神経から脳へ行動へ」を開催した。このように、基盤研究C企画調査によって綿密な事前調査を行って、特定領域立ちあげの緊急性および必要性について討議したのみならず、嗅覚研究に入ろうとする学生諸君に喚起を促し、嗅覚に関連する企業との産学連携の場を模索する機会を提供し、班員同士の刺激と領域の活性化を実現させた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2001

【配分額】3,100千円 (直接経費: 3,100千円)

【研究分野】生物物理学

【研究領域課題番号】11680661 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

匂い / 嗅覚 / 受容体 / 可視化

【研究成果の概要】

外界から鼻に入ってくる様々な匂いは、嗅上皮の嗅神経細胞繊毛上に発現しているGタンパク質共役型嗅覚受容体によって認識される。本申請研究の一年目の目的として、匂い物質と受容体との対応を明らかにするために、嗅細胞内Ca^<2+>濃度変動を利用した分子レベルおよび組織レベルでの匂い応答の解析を行った。ある特定の匂いが嗅上皮のどの部分を刺激するか、嗅上皮上の匂いマップを作製するために、細胞内Ca^<2+>上昇を指標に匂い応答の可視化を試みた。すなわち、新生マウスの新鮮前額断切片をマイクロスライサーで作成し、生スライスに蛍光指示薬fura-2をロードし、切片における匂い応答のin situ測定に成功した。2年目において、マウスで約千種類といわれている嗅覚受容体のクローニング当初は匂い物質と結合する証拠はなかったが、我々はCa^<2+>イメージングを使って匂いに応答する嗅細胞を同定したのち各々の応答細胞から発現受容体をクローニングし、アデノウイルスで受容体遺伝子を嗅細胞に導入して匂い物質に対する特異的応答を再構成することによって嗅覚受容体が匂い物質を認識するという証拠を得た。さらに、匂い受容体のリガンド特異性を解析することにより、匂い受容体は同じ匂いを呈する物質を認識するのではなく、同じ匂いとは限らない構造的に類似する物質を認識することが明らかにした。また、HEK293培養細胞を用いて受容体の再構成を行い、嗅覚受容体がGsタイプのGタンパク質に共役し細胞内cAMP濃度を上昇させるという結果も得た。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1999 - 2000

【配分額】3,700千円 (直接経費: 3,700千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】09670121 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

嗅覚 / 匂い / 受容体 / クローニング / 再構成 / アデノウイルス / 発現 / カルシウム / PCR

【研究成果の概要】

嗅覚システムは、記憶・学習など脳の高次中枢機能の解明のためのモデルシステムとして注目をされている。1991年、嗅覚受容体がクローニングされて以来、匂いシグナルの情報伝達経路の解析が急速に進みつつある。その一方で、嗅覚受容体の機能的発現の困難さ、リガンドである匂い物質の多種多様性などの理由から、嗅覚受容体と匂い物質との対応づけは遅れている。本研究では、数十万種類もの匂い物質を異なった匂いとして認識する嗅覚系に焦点を定め、その匂い受容機構の解析および人工的再構成系の確立をめざした。匂い受容体は約千種程度存在し、一つの嗅神経細胞には一種の受容体のみが発現していると考えられている。そこで、各々の匂い受容体がどのような匂い物質を認識するか明らかにするために、個々の嗅神経細胞レベルでの応答とその細胞に発現している受容体との対応づけを試みた。まず、単一応答嗅細胞からの受容体のクローニング法(機能的シングルセルRT-PCR法)を開発し、匂い応答単一細胞から発現受容体をクローニングすることに成功した。次に、アデノウイルスによって遺伝子を嗅細胞に導入した系を発現系として用いた匂い受容体の再構成およびリガンド特異性の解析に成功した。ある特定の匂い物質は一種類以上の受容体によって認識され、また、ある特定の受容体は一種類以上の匂い物質を異なった親和性をもって受容し、その特異性は構造内エピトープによることが明らかになった。2年計画の本研究により、米国科学アカデミー学会誌Proceedings of National Academy of Scienceにその成果を発表するにいたった。今後、本研究により達成された成果に基づき、さらに匂い受容体を機能的にクローニングし再構成することによって、匂い分子の認識チューニング機構を匂い受容体レベルで解析していきたい。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1997 - 1998

【配分額】3,600千円 (直接経費: 3,600千円)

【研究分野】動物生理・代謝

【研究領域課題番号】05640761 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

昆虫 / 本能行動 / 下行性介在神経 / 匂い / フェロモン / 脳 / フリップ・フロップ / 定位行動 / カイコガ / ジグザグ歩行 / 嗅覚 / 配偶行動

【研究成果の概要】

ある種の昆虫は、同種の雌パートナーに定位するとき雌が放出する性フェロモンの匂いを鍵刺激としてジグザグ歩行や飛翔を示す。この行動は、中枢神経系にプログラムされており、嗅覚刺激によって発現する本能的行動と考えられる。鱗翅目昆虫のカイコガでは、このジグザグ行動は脳と胸部運動系を結ぶ2種類の下行性介在神経がフェロモン刺激に対して示すフリップフロップ(FF)的な神経インパルスパターンによって制御されていることが示唆された。FFとは元来、電子回路を構成する記憶機能を持つ基本的な素子の動作を示すが、これと類似の動作特性がカイコガの中枢神経系で形成され、その活動がジグザグ行動を誘発する本能行動の制御と関連することが予想される。
本研究では、カイコガのFF神経情報の機能と形成メカニズムを神経生理学、形態学、行動学的手法によって解析し、本能行動の発現および制御機構の解明を行った。
1.行動:(1)風洞装置によるカイコガの歩行軌跡の解析、(2)胸部を拘束してジグザグ歩行を行わせる行動装置を考案し、行動を高速度撮影し、その画像を解析することによってジグザグ歩行やそれに伴うはばたき運動を解析した結果、このプログラムは歩行ばかりでなくはばたき運動も同時に制御する可能性が示唆された。
2.神経形態の同定:カイコガのFFや他の応答パターンは、下行性介在神経は腹髄神経索によって胸部運動系(細部神経節)に伝達される。コバルトなどの色素をVNCの断端から逆行性に取り込ませることにより、これらの下行性介在神経の脳内分布が明かになった。さらに、複数の鱗翅目昆虫においても類似の下行性介在神経が存在したことから、カイコガと類似の神経回路の存在が広く鱗翅目昆虫に存在することが示唆される。
3.生理学的特性:吸引電極により、FF応答と頸神経の応答を同時記録した結果、両者で活動パターンが同期することが判明した。これは、FF応答がジグザグ行動を制御することを示唆する一つの証拠である。また、これらの下行性介在神経は脳内のLALという特殊な領域間での相互抑制的な機構によりFF応答が形成される可能性がある。

【研究種目】一般研究(C)

【研究期間】1993 - 1994

【配分額】2,000千円 (直接経費: 2,000千円)