学際グループ(神経回路機能学)

Laboratory of Interdisciplinary Biology

准教授
木村 幸太郎 (Kotaro KIMURA)
mail kokimura[at]bio.sci.osaka-u.ac.jp
研究分野

学際

所属

理学研究科

ロケーション

豊中地区

研究内容

 動物がエサに近寄ったり,危険な存在を避けたりするためには、光や匂いなどの刺激を感じ、その内容を判断し、誘引や忌避といった適切な行動をとる必要があります。この適切な感覚応答行動のためには、脳(中枢神経系)の複雑なネットワーク構造がどのように機能することが必要なのでしょうか? 当研究室では、シンプルな神経系を持つモデル動物線虫C. elegansの感覚応答行動を統合的に解析する事によって、脳・神経系ネットワークの機能原理の解明をめざしています。

脳・神経系がはたらくための基本的なルール

 脳・神経系の機能に関する研究では、分子・細胞(ニューロン)・局所的な神経回路などさまざまなレベルにおける理解が急速に進んでいます。しかし、複雑なネットワーク構造を持つ脳・神経系が、いくつものニューロンや局所神経回路の活動を組み合わせて、一つの「系(システム)」として機能するための基本ルールには,不明な点が多く残されています。  私たちは、モデル動物線虫C. elegansの匂いに対する誘引行動や忌避行動というシンプルな感覚応答行動を主な対象として研究を行っています。C. elegansの神経系(図1)はわずか302個のニューロンから構成されており、モデル動物として唯一、化学シナプスやギャップ結合などによる神経回路網の全接続様式が既に明らかになっています。この神経回路網の情報と、分子遺伝学・分子生物学・神経細胞活動のイメージング・行動の自動計測などさまざまな先端的な手法を組み合わせた解析によって、脳・神経系の「系(システム)」としてのはたらきとその構造の関係を、より明確に理解したいと考えています。

C. elegansの忌避行動の増強

 最近私たちは、C. elegansが嫌いな匂いを事前に感ずると、嫌いな匂いをより強く避けるようになる事を発見しました(投稿中)。特定の刺激を経験した後にその刺激への応答性が低下する「慣れ」や「順応」は、さまざまな実験系で詳細な研究が行われています。これに対して、刺激の経験による感覚応答の増強に関する研究は極めて限られているので、C. elegansの忌避行動の研究から、新しい神経機能の原理が明らかになるかもしれません。 現在、この「匂い忌避行動の増強」について、必要な遺伝子カスケードや神経回路における活動変化の解析を進めています。

感覚応答行動の戦略(ストラテジー)

 「好きな刺激に近寄る(誘引)」や「嫌いな刺激を避ける(忌避)」という行動は、簡単であるように考えられます。しかしこれらを実現するためには、(1) 刺激がどちらの方向から来ているのかを判断し、(2) その方向に対して近寄るか避けるために体中の筋肉を協調して動かす必要があります。特に、光や音は空間的な位置が分かり易いですが、匂いなどの場合はどうすれば刺激の方向を特定することができるのでしょうか?  私たちは、超高解像度カメラなどでC. elegansの動きを解析する事(図2)や神経細胞の活動を測定する事によって、誘引/忌避行動のための新たな神経回路活動の解明を目指しています。

図0 C. elegansの「脳」の様子。頭部神経細胞などの核(青)と、多くの神経突起の束である神経環(赤)が染色されている。

図1 C. elegansの匂い忌避行動の軌跡。C. elegans8匹をプレート中央に置き、忌避匂い物質を左側2カ所にスポットし、12分間行動させたときの軌跡を高解像度カメラにより追跡した。

参考文献

Kawazoe Y, Yawo H, Kimura KD A simple optogenetic system for behavioral analysis of freely moving small animals. Neuroscience Research 75 , 65 - 68 (2013)

Kimura KD*, Fujita K, Katsura I. (* Corresponding author) Enhancement of Odor Avoidance Regulated by Dopamine Signaling in Caenorhabditis elegans The Journal of Neuroscience 30 , 16365 - 16375 (2010)

Kuhara A, Okumura M, Kimata T, Tanizawa Y, Takano R, Kimura KD, Inada H, Matsumoto K, Mori I. Temperature sensing by an olfactory neuron in a circuit controlling behavior of C. elegans. Science 320 , 803 - 807 (2008)

Kimura KD*, Miyawaki A, Matsumoto K, Mori I*. (* Corresponding authors) The C. elegans thermosensory neuron AFD responds to warming. Current Biology 14 , 1291 - 1295 (2004)

Wolkow CA*, Kimura KD*, Lee MS, Ruvkun G (* Co-first authors) Regulation of C. elegans life-span by insulinlike signaling in the nervous system. Science 290 , 147 - 150 (2000)

Kimura KD*, Tissenbaum HA*, Liu Y, Ruvkun G (* Co-first authors) Daf-2, an insulin receptor-like gene that regulates longevity and diapause in Caenorhabditis elegans. Science 277 , 942 - 946 (1997)

連絡先

〒560-0043
大阪府豊中市待兼山町1-1
大阪大学大学院 理学研究科

TEL:06-6850-6706 FAX:06-6850-6769

http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/~kokimura/j/Top.html

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