Hiroshi KOHSAKA (高坂 洋史)

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 3300000, indirect: 990000)
体軸方向に体節構造を持つ動物が、どのように体節間を協調させてスムーズな動きを生み出すのかについて明らかにすることを目指して、ショウジョウバエ幼虫の運動制御システムをモデルとして研究を行なっている。前年度に、前進運動時に強く活動する新規介在神経細胞YT1を同定した。今年度はこの細胞を起点として、神経回路の同定及びその機能解析を進めた。各神経分節に数百個ある神経細胞には、その発生系譜に則って名前が付されているが、形態的特徴や位置情報から、YT1細胞がA31c細胞であることが明らかになった。この知見をもとに、コネクトミクス解析を行なったところ、A31c細胞の下流には主要な細胞としてA26f細胞があり、A26fは体壁筋のうち輪状筋を支配する運動神経細胞を神経支配していることが分かった。そこで、前進運動が駆動する際の輪状筋の収縮パターンを遺伝学的な蛍光ラベルを用いて行なった。前進運動は筋収縮が尾端体節から頭端体節にむけてに伝播する時間とその合間の時間から構成されるのだが、輪状筋はこの伝播波と伝播波の間で、全体節で同期して収縮することが明らかになった。そして、興味深いことに、A31c細胞やA26f細胞の神経活動を操作することで、この輪状筋の収縮及び、前進運動の速度が変化することが明らかになった。このことは、体軸上を筋収縮を伝播させて運動する動物が、伝播波と伝播波の間の時間に輪状筋を同期的に収縮させて時間差を調整することで、運動速度の調節を行なうという新しい運動制御機構を示唆する。

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Fund Type: competitive_research_funding, Overall Grant Amount: - (direct: 4100000, indirect: 1230000)
Axial motion, which is generated by propagation of muscular contractions along the length of the body, is commonly seen in animal movements (e.g., swimming, crawling and multi-leg walking). Axial motion is regulated by neural circuits that include local circuits within each neuromere as well as intersegmental connections between them. Intersegmental connections are believed to be particularly important for the generation of coherent movements along the body axis. However, circuit mechanisms underlying intersegmental coordination are poorly understood. We use Drosophila larval crawling as a model to study axial locomotion. The behavior is generated by propagation of local muscle contractions from the posterior to anterior segments. We identified a class of local interneurons, termed period-positive median segmental interneurons (PMSIs) and pre-PMSI1,2 as key factors for larval locomotion.

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Fund Type: competitive_research_funding, Overall Grant Amount: - (direct: 3500000, indirect: 1050000)
Each animal moves in a certain speed. Though this observation seems obvious, it is still almost unclear how neural circuits generate speed of animal locomotion. In this study, using a motor circuit of Drosophila larvae as a model system, which is amenable to detailed analyses of neuronal networks, we examined the mechanisms of speed control of the larval locomotion. We found that a subset of interneurons, we named per-IN, regulate speed of locomotion by shortening the duration of motor neuronal activities.

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 119200000, indirect: 35760000)
How spatio-temporal patterns of neural activity are generated by the central circuits is a fundamental question in neuroscience. In this study, we used larval Drosophila as a model and obtained the following results. 1) We showed that local activity of motor neurons regulates, via gap junctions, the frequency of larval locomotion. 2) We identified interneurons that regulate the speed of locomotion and turning behavior. 3) We developed statistical methods that allow automated acquisition of the activity of a neural population from 4D calcium imaging data.

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Fund Type: competitive_research_funding, Overall Grant Amount: - (direct: 3200000, indirect: 960000)
Network of neurons generates variety of animal's activities such as moving, sensing and memorizing. While the properties of each neuron have been deeply examined, how assembly of neurons creates coherent and coordinated functions remains to be clarified. In this study, we dissected Drosophila larval motor circuits that generate spatiotemporal patterns of locomotion. We succeeded in identification of a group of interneurons(we named them "PMSI") which control the speed of the larval locomotion. By detailed analysis of PMSI using Ca imaging and optogenetics, we revealed some of the mechanisms how motor circuits regulate speed of locomotion.

Offer Organization: Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research(特定領域研究), Category: 特定領域研究, Fund Type: competitive_research_funding, Overall Grant Amount: - (direct: 85900000, indirect: 0)
Synapses are specialized junctions through which neurons signal to each other and to other target cells such as muscles and are crucial to the functioning of the nervous system. Neurons select and synapse with specific target cells. This "synaptic specificity" underlies the proper functioning of the nervous system. In this study, we used highly sophisticated Drosophila genetics to reveal a novel mechanism by which neurons find and recognize their target cells. We also succeeded in visualizing the process of synapse formation in developing embryos and elucidated a molecular mechanism of syna...

Offer Organization: 日本学術振興会, System Name: 科学研究費助成事業, Category: 特別研究員奨励費, Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 1900000, indirect: -)
神経回路網において、細胞と細胞はシナプスという接着構造を介して情報のやりとりをしている。シナプスの形成、維持には、シナプス前細胞、後細胞それぞれに発現する細胞接着分子による接着が重要であると考えられている。この知見は培養細胞(in vitro)を用いた研究から得られたのだが、実際に生体内(in vivo)でシナプス形成がどのように進むかについては、不明である。本研究課題では、ショウジョウバエ神経筋結合系を用いてin vivoでのシナプス形成過程の可視化を行った。また、シナプス後細胞で発現していることが知られている、細胞接着分子ファシクリン2(Fas2)と分子局在を担う蛋白質ディスクスラージ(Dlg)のin vivoでの分布を蛍光タンパク質YFPとの融合タンパク質を用いて解析した。Fas2-YFP,Dlg-YFPはともに成長円錐と筋肉細胞が接触する時期に後シナプス部に局在した。Fas2-YFPは、fas2欠失体においてシナプス部に局在せず、さらにFas2の細胞外領域がシナプス部への集積に十分であったことから、前細胞のFas2がシナプス後細胞のFas2の集積を引き起こすことが強く示唆された。また、fas2機能欠失胚においてDlg-YFPの局在および、グルタミン酸受容体の分布に異常がみられた。これらの結果は、シナプス形成過程において、前細胞のFas2が接着を介して後細胞のFas2の集積を誘導し、さらにDlgやグルタミン酸受容体などのシナプス構造に重要な分子の分布を制御することを示唆する。これまでin vivoでのシナプス形成初期過程の研究は困難であったが、本研究はin vivoでの接着分子の役割を初めて解明するものとなった。