共同研究・競争的資金等の研究課題

• 基盤研究(C), 2024年04月01日 - 2027年03月31日, 24K09531, 脳内光受容器官が協調的に機能する光受容システムの解析, 山下 絵美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 奈良女子大学, 4550000, 3500000, 1050000, kaken

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• 基盤研究(C), 2021年04月01日 - 2024年03月31日, 21K06265, 非視覚の光受容がもたらす新しい生理機能の探索, 山下 絵美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 奈良女子大学, 4160000, 3200000, 960000, 近年、無顎類ヤツメウナギ脳から、新規の光受容タンパク質（bPPL）遺伝子を単離した。光受容タンパク質bPPLの詳細な解析を行い、それが青色光感受性の光受容タンパク質であり、中脳のシェーバーのM5核と呼ばれる、網膜に直接神経投射する遠心性神経（向網膜系ニューロン）で構成される神経核に局在することを発見した。そこで本研究では、ヤツメウナギ中脳シェーバーのM5核に存在する新規脳深部光受容器官が、どのような光情報を、網膜のどの細胞に伝達し、どのような生理機能の調節に関わるのかを調べることで、「脳内で受容した光情報を眼で利用する」という新しい光受容機能の可能性について検討する。
  本年度は、中脳シェーバーのM5核の新規脳深部光受容細胞が、どのような光情報を出力するのかを検討するために、これらの細胞群で働く神経伝達物質やその合成酵素の同定を試みたが、本年度に行った実験ではそれらを特定することができなかった。次に、M5核の光受容細胞がどの種類の網膜細胞に光情報を伝達するのかを調べるために、詳細な組織学的解析を行ったところ、向網膜系ニューロンの軸索が投射する網膜細胞の種類を特定することができた。得られた結果は、新規の脳内光受容器官が担う生理機能を考える上で有用な知見であり、機能解明に向けて大きく前進したものと考えられた。加えて、ヤツメウナギの行動と光照射の関連について、予備的な調査を行ったところ、光に影響を受ける遊泳行動が観察された。, kaken

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• 基盤研究(C), 2018年04月01日 - 2021年03月31日, 18K06336, 新規光受容タンパク質が発現する脳内光受容器官の新規の生理機能に関する解析, 山下 絵美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 奈良女子大学, 4290000, 3300000, 990000, 下等脊椎動物は眼外に多様な光受容能を持っており、眼外からの光情報を視覚以外の様々な生理機能（例えば生体リズムなど）の調節に利用している。最近、最も下等な脊椎動物のひとつである無顎類ヤツメウナギの脳から、新規の光受容タンパク質遺伝子の単離に成功した。さらに、その光受容タンパク質が、ヤツメウナギの脳深部に存在する特徴的な組織学的特性を有する神経細胞で発現することも見出した。このことは、脳深部光受容器官が担うこれまでに知られていない新しい生理機能が存在する可能性を示唆するものであった。そこで本研究では、新規光受容タンパク質が発現する脳深部光受容器官に着目し、この光受容タンパク質が発現する細胞が、どのような波長の光情報をどの神経細胞に伝達するのかを解析して、ヤツメウナギの脳深部に発現する新規光受容タンパク質が関わる新しい生理機能を理解することを目指している。平成30年度は以下の解析を行った。
  ・培養細胞系で新規オプシンを強制発現させ、細胞生物学的手法を用いて新規オプシンの光反応を測定したところ、光に対して明瞭な反応を示すことが明らかになった。また、同方法を用いることで、新規オプシンの波長感受性や、新規オプシンと共役するGタンパク質のサブタイプを決定することができた。
  ・本研究で着目しているヤツメウナギの新規脳深部光受容細胞と類似した組織的特徴をもつ細胞集団は、魚類などの他の脊椎動物にも広く存在することが報告されている。そこで、様々な硬骨魚類を用いて、それらの細胞群の組織学的な同定を試みたところ、複数の神経核が標識され、それらを脳深部光受容器官の候補領域とした。, kaken

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• 特別研究員奨励費, 2014年04月 - 2017年03月, 14J40094, 研究代表者, 光受容タンパク質パラピノプシンを起点とする松果体及び副松果体の光受容機能の解析, 山下 絵美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費, 大阪市立大学, 4810000, 3700000, 1110000, ゼブラフィッシュ松果体と副松果体に存在する紫外光受容型パラピノプシンPP1が関わる多様な光受容機能を理解するために、以下の解析を行った。
  
  
  １、ゼブラフィッシュ松果体において、PP1がどのような生理機能を担うのかを明らかにすることを目指し、本年度は、様々な光条件下でのゼブラフィッシュの遊泳行動解析を行うために、LED照射装置を用いて水槽全体にUV光照射する装置を設計し、その作製を完了した。
  ２、ゼブラフィッシュ副松果体におけるPP1発現細胞の特徴や機能についての知見を得るために、形態学的手法を中心とした解析を試みた。
  ・副松果体にどのような種類の光受容タンパク質が発現するのかを明らかにするために、松果体での発現が主に知られているPP2（可視光受容型パラピノプシン）、エクソロドプシン、赤錐体オプシンなどの光受容タンパク質について、免疫組織化学的に局在を調べた。その結果、副松果体での光受容タンパク質の発現パターンは松果体とは異なることが明らかになった。
  ・副松果体のPP1発現細胞が関わる機能を推定するために、まず、松果体の主な生理機能のひとつであるメラトニン合成・分泌に関わるかどうかを調べた。具体的には、メラトニンの前駆物質であるセロトニンの免疫組織化学的局在を検討した結果、副松果体では、セロトニンの免疫反応は観察されず、メラトニン合成・分泌に関わらない可能性が推測された。また、副松果体の関与が示唆される機能として、発生初期段階における脳の左右非対称形成にも着目し、それらに対するPP1によるUV光受容の影響を調べることを目指した。その準備段階として、副松果体が影響を及ぼすと考えられる脳領域（手綱核）の非対称性を示す組織学的解析に着手した。具体的には、LD条件下で飼育した野生型稚魚を用いて、左手綱核に多く発現するlovの発現パターンをin situ hybridizationで確認した。, kaken

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• 特別研究員奨励費, 2010年04月 - 2014年03月, 10J07650, 研究代表者, 光受容タンパク質パラピノプシンを基盤とする松果体の色検出応答の生理学的解析, 山下(川野) 絵美; 山下 絵美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費, 大阪市立大学, 4286808, 4016808, 270000, 下等脊椎動物の松果体には、紫外光と可視光の比率を検出する「色検出応答」が存在し、これまでに、パラピノプシンが松果体の紫外光受容の分子基盤であることを同定してきた。昨年度までの研究から、硬骨魚類ゼブラフィッシュにおいて、松果体と副松果体の両方に、パラピノプシンを発現していることを確認した。さらに、松果体のパラピノプシン発現細胞は神経節細胞を介して、副松果体のパラピノプシン発現細胞は（神経節細胞を介さず）直接的に、共に間脳の手綱核と呼ばれる領域に神経投射する可能性を見いだした。本年度は、松果体の色情報が手綱核に伝達されるのかについて、神経トレーサー法による検証実験を続けて行った。具体的には、パラピノプシン発現細胞に蛍光物質であるGFP（細胞全体を標識）を発現する遺伝子導入ゼブラフィッシュを用いて、手綱核にニューロビオチンやデキストランなどの神経トレーサー物質を取り込ませ、手綱核を中心とした神経回路について調べた。その結果、松果体に存在するGFP標識されたパラピノプシン発現細胞の神経終末と、手綱核からの神経トレーサー物質の注入により逆行性標識された神経節細胞の一部が接する様子が、共焦点レーザー顕微鏡を用いた解析により観察された。すなわち、パラピノプシンを含む紫外光受容細胞を出発点とする松果体由来の色情報は、神経節細胞を介して、手綱核へ伝達されるという、昨年度までの研究結果を裏付けるさらなる組織学的知見が得られた。, kaken

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• 特別研究員奨励費, 2005年 - 2006年, 05J00204, カワヤツメ松果体における紫外光受容システムを中心とした波長識別機構の生理的役割, 山下 絵美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費, 奈良女子大学, 1800000, 1800000, 下等脊椎動物の松果体には、緑色光で興奮性、UV光で抑制性応答する感色性神経節細胞があり、それらは波長識別を行うと考えられる。本研究は、カワヤツメ松果体を用いて、眼外の波長識別機構の解明を目的とする。これまでに、波長識別の光入力を担うUV色素パラピノプシンを同定し、UV光受容細胞からの伝達経路を明らかにしてきた。そこで、UV光受容システムと、引き起こされる波長識別の特性の解明を目指した。
  感色性神経節細胞は応答様式から波長識別を行うと考えられたが、照射光中の波長成分の違いが実際に神経応答に反映されるかは明らかではない。そこで、細胞外誘導によりUV光と緑色光の比率の変化がもたらす応答性の違いについて検証した。具体的には、背景光に緑色光、テスト光にUV光を用い、UV光強度を段階的に強くし、応答に変化が見られるかをスパイク増減の割合により評価した。まず、緑色光照射でスパイクの発火頻度が増加し、UV光を重ねて照射するとスパイクが抑制された。UV光強度を段階的に上げ、照射光中のUV光の比率を高くすると、スパイク抑制の持続時間が長くなり、感色性応答はスパイク頻度を変化させ照射光中のUV/緑色光の比率を検出して波長識別を行う事が証明された。
  組織学的に、UV光受容細胞と神経節細胞が直接連絡する事を明らかした。そこで実際に、シナプスを介した情報伝達がなされるかをシナプス遮断薬CoCl_2の投与により電気生理学的に検証した。すると、感色性応答が記録された後に、CoCl_2投与で神経節細胞の光反応が消失、リンガー液での洗浄後に再度記録され、感色性応答の興奮性、抑制性応答は共に光受容細胞からのシナプスを介した情報伝達により起こる反応であると示唆された。
  これらより、感色性応答は緑色光を基準に照射光中のUV光の比率を検出し、そのUV光情報はパラピノプシン細胞から直接シナプスを介して伝達されると考えられた。, kaken

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• 2003年04月 - 2004年02月, 研究代表者, 下等脊椎動物網膜外光受容器官における光情報変換機構に関する電気生理学的解析, 川野絵美, 財団法人 日本科学協会, 笹川科学研究助成, 奈良女子大学