感覚神経回路形成研究チーム（Laboratory for Sensory Circuit Formation; 今井 猛 チームリーダー）は、 理化学研究所 発生・再生総合科学研究センター（理研CDB）にて2010年7月からスタートした研究室です。 研究員や学生を随時募集しています。 研究員の募集については 理研CDBの求人ページ をご覧下さい。 また、当研究室では、理化学研究所の基礎科学特別研究員制度や 日本学術振興会の特別研究員制度による研究員の受入も可能です。 連携大学院制度 を利用して京都大学・生命科学研究科)から大学院生の受入も行っています。 いずれの場合も、 メールにて、チームリーダーの今井までお問い合わせ下さい。 研究室の訪問も歓迎いたします。
われわれの複雑な脳は
どのようにして作られるのか？
われわれヒトなどの哺乳類は、どのようにして複雑な脳を作り上げているのでしょうか？ 当研究室ではマウスの嗅覚系をモデル系として、哺乳類の脳に特異的な神経回路がつくられるしくみを研究しています。
哺乳類の脳に嗅覚地図がつくられるしくみ
我々の脳は、五感を通して様々な外界の情報を受け取っています。
これを支えているのが、脳に作られる「神経地図」です。
視覚や嗅覚といった感覚情報は、脳において「神経地図」として2次元的に表現されます。
例えば、網膜に映し出された視覚情報は、脳の視覚を司る領域に反転画像として2次元的に表示されます。
一方、匂いの情報は鼻腔内の嗅上皮において約1000種類の匂いセンサー（嗅神経細胞）によって検出されており、その情報は脳の嗅球と呼ばれる領域において、1000番地からなる神経地図として表現されます
（図）。
従って、脳は、「匂い」という情報を「1000番地の神経地図に展開されたパターン」として認識しているわけです。
しかし、こうした神経地図がつくられるためには、末梢で感覚情報を受け取った神経細胞が、「軸索」と呼ばれる電気ケーブルを脳に正しく配線する必要があります。
その例えとして、1000個の豆電球からなる電光掲示板を想像してみて下さい。
この電光掲示板に正しく匂い情報を表示するためには、1000個の匂いセンサーから伸びる電気ケーブルを正確に配線しなければならないでしょう。
こうした軸索の配線は、主に胎児期の発生過程で生じるのですが、いったいどのなメカニズムで配線位置が決まるのでしょうか？
また、嗅神経細胞は大人でも常時再生していることが知られていますが、神経地図はどのように維持されるのでしょうか？
末梢からの入力に依存して生じる神経回路形成
近年、分子遺伝学・発生学の発展に伴い、決定論的な神経接続の分子機構はかなり解明されてきました。
しかしながら、我々哺乳類の神経回路形成のいくつかの局面は決定論的ではなく、「鍵と鍵穴」的分子を探すやり方では理解できません。
膨大な数の神経細胞が存在する哺乳類の脳でどのように特異的な神経接続が保障されているのか、例えば皮質における特異的神経接続が末梢入力に依存してどのように生じるのかについては、
依然としてほとんど分かっていません。当研究チームは、哺乳類の中枢神経系が末梢からの入力に依存してどのように構築されるのかという問題に取り組んでいます。
これまでの研究で、嗅覚地図が嗅覚受容体からの入力に依存して作られるメカニズムを解明してきました（論文参照）。
現在は特に嗅球の回路に着目して、僧帽・房飾細胞の軸索・樹状突起が末梢入力に対応して１：１に正確に接続する仕組みに興味を持っています。
神経回路を見る、操る
実験手法としては、分子生物学・マウス遺伝学に加え、一細胞トランスクリプトーム解析、 in vivo二光子イメージング、カルシウムイメージングなどを用いています。 また、神経回路を自在に操るための新奇遺伝学ツールや可視化技術の開発にも取り組んでいます。 たとえば、光を使って任意の細胞で自在に遺伝子発現を制御することができたら、発生学・神経科学の研究は大きく進展することでしょう。
主要論文
- Imai, (2012) Positional information in neural map development: Lessons from the olfactory system. Dev Growth Differ. doi: 10.1111/j.1440-169X.2012.01334.x. [PDF]
- Imai, & Sakano, (2011) Axon-axon interactions in neuronal circuit assembly: lessons from olfactory map formation. Eur J Neurosci. 34, 1647-1654 [PDF]
- Imai, Sakano, & Vosshall, (2010) Topographic Mapping--The Olfactory System. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2(8):a001776.[PDF(preprint)]
- Imai et al., (2009) Pre-Target Axon Sorting Establishes the Neural Map Topography. Science. 325, 585-60. [PubMed] [PDF] [解説]
- Imai & Sakano, (2008) Odorant receptor-mediated signaling in the mouse. Curr Opin Neurobiol. 18, 251-60. [PubMed] [PDF]
- Imai & Sakano, (2007) Roles of odorant receptors in projecting axons in the mouse olfactory system. Curr Opin Neurobiol. 17, 507-15. [PubMed] [PDF]
- Imai et al., (2006) Odorant receptor-derived cAMP signals direct axonal targeting. Science. 314, 657-61.[PubMed] [PDF] [解説]
