【研究分野】神経解剖学・神経病理学

【研究領域課題番号】16H06144 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経回路形成 / 神経科学 / 嗅覚 / 発生 / 分子生物学 / 神経活動 / カルシウムイメージング / 神経発生 / 自発活動 / 電気生理学 / 嗅覚受容体 / 神経回路 / シナプス / 回路形成 / シナプス特異性 / 発生学 / 脳・神経

【研究成果の概要】

高等動物が外界の情報に対して適切な行動を選択するためには、発生の過程で脳に存在する神経回路が個体差なく正確に形成される必要がある。神経回路は、遺伝子に規定されたプログラムに加えて、臨界期に生じる神経活動による精緻化を経て完成される。この回路構築の具体的な分子メカニズムの理解は、動物の先天的な行動と学習によって変化する可塑的な行動原理を理解する上で重要な示唆を与える。
一般に回路の精緻化は、神経細胞間の同期的な発火活動によると多くの教科書に記載されている。しかし我々はカルシウムイメージング及び光遺伝学による神経活動の観察、操作を通じて、新しい神経活動依存的な回路形成メカニズムを明らかにした。

【研究の社会的意義】

ヒトを含む高等動物の脳は、複雑かつ精緻な神経回路を用いて感覚入力情報に対して適切な出力行動を行う。この情報処理を担う神経回路の破綻は、精神・神経疾患の原因であることから、神経回路形成のメカニズムを解明することは基礎科学のみならず臨床の分野において重要な示唆を与えうる。
一般に高等動物の神経回路は、遺伝的プログラムに加えて臨界期に生じる神経活動に依存した回路の精緻化を経て完成される。この活動に依存した回路の可塑的な変化は、神経細胞間の同期的な発火活動による（ヘブ則）と多くの教科書に記載されている。しかし今回我々は、既存のヘブ則に当てはまらない新規の活動依存的な回路構築のメカニズムを明らかにした。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円)

【研究分野】層位・古生物学

【研究領域課題番号】07304042 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

無脊椎動物 / 遺存種 / 進化 / 分子生物学 / 発生学 / 解剖学 / 分類学 / 古生物学

【研究成果の概要】

1.生態学・分類学的研究
加瀬・速水・花井・田吹・森は南太平洋全域の海底洞窟において原始的体制を持つ無脊椎動物群の存在を認めるとともに、それらの分類学的概要、生態分布、生活史などに関する調査研究を行った。予察的ながら、多くの遺存種は餌の少ない海底洞窟生活に適応した特殊な生態・生活史を持つ類が多いことが判明した。
2.発生学的研究
棚部は鳥羽水族館の内山公夫氏の協力を得て、原始的頭足類オウムガイ類の胚殻構造の形成過程を調べた結果、発生初期に有機質でできた楕円形の殻を形成することが判明した。その殻は軟体動物貝殻亜門の基幹分類群とされる単板類の殻に酷似することから、頭足類は単板類型の祖先から進化した可能性が示唆された。
3.分子系統学的研究
1)遠藤および上島は「生きている化石」を多く含む触手冠動物の高次の系統上の位置を明らかにする目的で、ミトコンドリアDNA(mtDNA)の遺伝子配列の比較および,ペプチド鎖伸長因子(EF-1a)のアミノ酸配列の比較を行った。その結果触手冠動物は後口動物より前口動物に近縁であることがほぼ確かとなった。
2)千葉は古生代から現在までほとんど形を変えずに存続している「生きた化石」カブトエビ属全4種中3種のミトコンドリアDNA、16SrRNAとCOI遺伝子の塩基配列(部分配列)を決定し、地域集団や種間の系統関係を推定した。その結果、形態の極端な安定性と遺伝的多様性は独立であり、この部類は遺伝的、あるいは集団としては他の生物と同様の分化を遂げていることが示唆された。
4.理論的研究
環境の不安定性が多型をもたらすことが理論的に指摘されているが、千葉は量的遺伝学にもとづいて長期の表現型の進化パターンを表現する数理モデルを構成し、生きている化石と呼ばれるような長期の形態の安定が、長期にわたり極端に安定な環境と、長期にわたり極端に不安定な環境のいずれかで出現することを示した。このモデルにより、体サイズの大型化(Copeの法則)、大量絶滅直後の小型化、加速度的な進化などのパターンを記述することができた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1995 - 1996

【配分額】8,800千円 (直接経費: 8,800千円)

【研究分野】層位・古生物学

【研究領域課題番号】06452097 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

頭足類 / 解剖学 / 発生学 / 分子生物学 / 系統進化

【研究成果の概要】

1)比較発生学的研究:棚部および重田は、米国アメリカ自然史博物館Neil H. Landman博士,ロシア科学アカデミー極東研究所のYuri D. Zakharov教授の協力を得て、世界各地の中・古生界から産した保存のよい標本試料を基にアンモノイド類の胚殻の外部形態よび内部構造を走査型電子顕微鏡を用いて検討し、他の現生・化石頭足類のものと比較した。その結果、アンモノイド類の胚殻形態はオウムガイ類とは大きさや内部構造の点で大きく異なり、むしろ鞘形類のものと類似することが判明した(詳細は現在印刷中のLandman, Tanabe & Davis編集のAmmomoid Paleobiologyの中で報告した)。また、棚部は鳥羽水族館の協力を得て、現生オウムガイ類の胚発生と胚殻構造の形成過程について研究中であり、その成果の一部は1996年1月の日本貝類学会年会で講演した。
2)比較解剖学的研究:棚部および重田は現生・化石頭足類の殻に残された筋肉痕および歯舌の比較形態学的研究をすすめており、その成果の一部はTanabe & Mapes(1995)で公表した。
3)系統分類学的研究:棚部は1)、2)の研究成果を基に、頭足類の高次分類群の系統関係を明らかにする目的で、14の相同形質を用いて分岐分析を行った、その結果、頭足類はは胚殻や歯舌の構造・筋肉痕の数などの形質からオウムガイ類とオルソセラス類からなる単系統群と、アンモノイド類と鞘形類からなる単系統群に分けられることが判明した。この成果はAmerican Museum,Novitates誌にTanabe & Landmanで印刷中であり、本年7月開催予定のスペインでの頭足類国際シンポジウムで発表予定である。
4)分子生物学的研究:遠藤は棚部がフィリッピン海域で採集した現生オウムガイの組織を用いて分子系統学的研究を継続している。また、これと並行して、貝殻中の生体高分子(硬蛋白質)の同定とアミノ酸配列の解析を進め分子進化に関する基礎的情報を得ることを目指している。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1994 - 1995

【配分額】7,600千円 (直接経費: 7,600千円)

【研究分野】生物形態・構造

【研究領域課題番号】06354004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

比較内分泌学 / 国際会議 / 発生学 / 細胞生物学 / 分子生物学 / 行動学

【研究成果の概要】

第13回国際比較内分泌会議開催に関する対応としては、国内組織委員会委員長・川島誠一郎、事務局長・菊山栄を決定、両者により班員中より実行委員メンバーを決定し、8月に東京で実行委員会を行い、上記メンバー以外の組織委員の構成、登録員の原案、国際会議運営の民間会社への委託等について協議した。また、会場の選択のため、実地調査は主として会長、事務局長が行い、横浜を第一候補とした。さらに、8月末に前橋で班会議を行い、各専門分野における注目すべきトピック及び研究者について、検討を行った。また同時に、比較内分泌学に対する関心と国際会議の気運を盛り上げるため、「比較内分泌研究と学会の関わり」について比較内分泌学会会員を交えて討論を行った。一方、組織委員長及び事務局長は、9月にスペイン(コルドバ)で行われたヨーロッパ比較内分泌学会に出席した機会にポスター・印刷物等によって国際会議への関心を呼び起こすとともに、主なヨーロッパ会員と接触し、協議を行い、協力を要請した。また、平成7年1月に東京において、国際会議のシミュレーションもかねて、ミニシンポジウム「脳下垂体・視床下部研究の新しい展開」を開催した。さらに本研究終了後も活動を続けるための策の一つとして、平成7年に比較内分泌学会20周年記念と銘打ってシンポジウムを開くための協議を、班員の中の数名により数回にわたって行い、10月静岡で3日間にわたり開催することを決定した。内容はホルモン分子、情報伝達、発生の分化の比較内分泌、生態と変態などで、発生学・行動・生態学・細胞生物学・分子生物学等との接点のあるテーマとした。一方、班員6名が、座長及び演者となって、シンポジウム「動物界における内分泌現象の進化と多様性」を甲府で平成7年11月に開催することも決定し、比較内分泌学の学問的意義を浸透させることにした。

【研究種目】総合研究(B)

【研究期間】1994

【配分額】2,200千円 (直接経費: 2,200千円)

【研究分野】発生生物学

【研究領域課題番号】05680648 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゼブラフィッシュ / 転写因子 / ES細胞 / 原腸形成 / 中胚葉誘導 / ES 細胞 / oct-3 / POU / 発生学 / 分子生物学 / POUファミリー / Oct-3

【研究成果の概要】

平成5年度から3年間で、ゼブラフィッシュ初期胚で発現している未分化細胞特異的転写因子zebrafish pou2のクローニングと機能解析を行った。pou2はPOU転写因子群に属し、そのPOUドメインは哺乳類のOct-3と相同性がある。pou2遺伝子のmRNAは母性RNAとして検出される。また、発現パターンの解析から割球の多分化能の消失に伴いpou2の発現が消失していることが判明した。この遺伝子産物をRNA注入法で初期胚で過剰発現させると原腸形成が著しく阻害され発生の進行が停止することが観察された。種々のマーカーを用いた解析から、原腸形成阻害は中胚葉誘導が正常に起こらないためと考えられた。従って、pou2遺伝子産物は初期発生、特に原腸胚期までの割球の多分化能の維持や発生運命の決定に深く関与していることが明らかになった。
pou2 mRNAは原腸胚期に胚全体で消失する直前、epiblastで一過的に発現上昇が起こり、一方陥入したhypoblastで発現が急速に消失することがわかった。この特徴的な発現パターンと細胞分化の関係を明らかにするために、この時期の胚細胞の分化状態を細胞移植法により検討した。biotin標識したドナー胚から細胞を取り出し、宿主胚の種々の場所に移植した。その結果、epiblastにおけるpou2遺伝子の一過的発現上昇は神経細胞の分化決定時期に対応し、また、hypoblastでの発現消失はhypoblastの誘導能獲得の時期に対応しているとことが明らかとなった。このことはpou2遺伝子産物の役割が各胚葉で異なっていることを示唆している。
以上のように、初期胚で特徴的発現を示す転写因子pou2の初期胚での役割が明らかになった。

【研究種目】一般研究(C)

【研究期間】1993 - 1995

【配分額】2,000千円 (直接経費: 2,000千円)