【研究分野】生命・健康・医療情報学

【研究領域課題番号】25330342 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ニューロン / セグメンテーション / 標準脳 / レジストレーション / 画像処理 / 神経細胞形態 / 主成分分析 / ミツバチ / カイコガ / 神経細胞形態モデル / 神経回路シミュレーション / ニューロインフォマティクス / 昆虫 / データベース

【研究成果の概要】

本研究では、共焦点レーザ顕微鏡画像を対象に、脳・神経系の形態情報を統合・共有・比較するための標準脳構築の手続きとそのプロセスを支援するソフトウェア環境の開発を進めた。開発したプロトコルは、主としてカイコガ脳を対象に開発を進め、同じ方法がミツバチなど他の昆虫の標準脳構築にも有効であることが示された。ニューロン特有の形態を抽出するプログラムについては、パフォーマンスの向上と図ると共に操作性を大幅に向上させ、OSを選ばない形で提供することができるようになった。このニューロン形態の抽出、記述手法については、サイズは大きく異なるが同様の形状を持つ樹木の根形態の記述にも応用した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】16637004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

行動生物学 / 昆虫 / 高次脳機能 / ミツバチ / ゲノム / 行動生態学 / 神経生理学 / 神経行動学

【研究成果の概要】

本研究は、ミツバチが示す多彩な社会性行動やダンスコミュニケーションなどの高次行動を解析する「分子社会生物学」や「社会遺伝学」、「社会生理学」の分野における研究活動を、従来から発展してきた昆虫に関する神経生理学、行動生態学。神経行動学などの分野における研究活動と結びつけ、ミツバチを行動生物学の新しいモデル生物として開発・利用するそのための場の提供を目的とした。具体的には主に以下の2つの活動を行なった。
(1)平成16年10月30日(土)に、東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻(理学部2号館大講堂)において、全国の国立大学法人、公立大学、市立大学、国立研究機関、公立研究機関、民間企業の約45名の関連分野の研究者に呼び掛けて「社会性昆虫コンソーシアム」の設立会議を開催した。主たる参加者(30名)には、それぞれのグループの研究紹介ののち、その研究が今後のコンソーシアムの発展にどのように寄与しうるか説明していただき、研究交流を進めた。さらに、今後メーリングリストの準備とともにHP(=社会性昆虫コンソーシアムの媒体)を開設し、関連分野の情報公開・情報交換、共同研究の場を提供することを提案し、参加者全員から了解をいただくとともに、HP管理者(東京大学大学院理学系研究科助手 竹内秀明氏)を選出した。
(2)「社会性昆虫コンソーシアム」のHP(http://www.honeybee.umin.jp/index.html)を開設し、メーリングリストを1月より稼働した。メーリングリストは既に会員により利用されている。HPは現在は仮設のものを公開しているが、管理を自動化したものを平成17年4月1日から稼働させる予定である。研究者紹介の他、関連分野をめぐる活動の情報公開、人事の案内、関連学会・雑誌へのリンク、ミツバチゲノム計画情報とのリンク等のサービスを行なう。将来的にはこのコンソーシアムの全体、あるいはその一部を母体にした共同研究や、特定領域研究の提案を視野に入れた活動を進めている。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2004

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】09480228 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

昆虫 / 社会性昆虫 / ミツバチ / 高次行動 / 記憶学習 / キノコ体 / cDNA / カルシウム / 記憶 / Ca^<2+> / IP3受容体 / cDNAクローニング / RNA / 膜翅目

【研究成果の概要】

ミツバチは社会性昆虫であり、ダンス言語などの他の昆虫には見られない多彩な社会行動を示す。しかしながら、ミツバチのように小さな脳を持つ昆虫が、どうしてこのような高次行動を示すことができるのかは全く不明である。ミツバチの脳では、感覚統合や記憶の中枢と考であるキノコ体が他の昆虫に比べて顕著に発達しており、キノコ体の機能の高度化が、その高度な社会行動の基盤となった可能性がある。本研究ではミツバチの高次行動を規定する遺伝子の候補として、キノコ体特異的に発現する遺伝子をDifferential display法にて検索し、以下の成果を得た。
1、 ミツバチのキノコ体を構成する2種の介在神経細胞(ケニヨン細胞)の内、大型ケニヨン細胞特異的に発現するM5遺伝子と、小型ケニヨン細胞特異的に発現するKs遺伝子を世界で初めて同定した。これらの遺伝子の転写産物はいずれも有意なORFを含まないことから、非翻訳性RNAとして機能する可能性が考えられた。また、これらの遺伝子の蛹の脳での発現解析から、ミツバチのキノコ体が、それぞれ固有な遺伝子を発現する2つの領野を含む、4つの繰返し構造からなることが示された。今後、これらの遺伝子産物の機能解析を通じて、ミツバチの高次行動を支えるキノコ体の内部構造と、その機能分担の分子メカニズムが解明されるものと期待される。
2、 さらに、ミツバチのケニヨン細胞では細胞内カルシウム情報伝達系に働く遺伝子群(IP3受容体、CaMKII、PKCの遺伝子)の発現増強が起きていることを示した。ショウジョウバエでは、これらの遺伝子はともに脳皮質に一様に発現すると報告されている。神経細胞におけるカルシウム情報伝達系は、多くの動物種で記憶や学習の成立に重要と考えられているが、ミツバチでは、カルシウム情報伝達系の機能が亢進することにより、キノコ体のシナプスの可塑性が増強している可能性が指摘できる。昆虫の脳機能と行動の系統進化といった観点から、非常に興味深い知見であると思われる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1997 - 1998

【配分額】13,300千円 (直接経費: 13,300千円)