脊椎動物において、受精卵から複雑な構造と機能を有する器官が形成する過程は、正確に制御されています。 私達の研究室では、ゼブラフィッシュ（Danio rerio）やメダカ（Oryzias latipes）等の小型魚類を用いて、 脊椎動物の器官形成および機能を制御する分子メカニズムの解析を行っています。

神経発生ー小脳発生・神経回路形成

発生過程において、中枢神経組織では前後軸に沿って個々の神経領域が決定され、その領域で神経幹細胞または神経前駆細胞が産生されます。 ニューロンは、これらの細胞から産生され、細胞移動しながら神経突起を伸長し神経回路を形成します。 私達は、これまで中枢神経組織のパターニングやニューロン分化を制御する分子を明らかにして来ました。

中枢神経の中でも小脳は、後脳の前端背側部に由来します。 小脳および小脳神経回路の構想は、魚類から哺乳類まで比較的保存されています。 発生過程において、小脳の主要ニューロンである顆粒細胞とプルキンエ細胞は、異なる神経前駆細胞から産生されます。 グルタミン作動性ニューロンである顆粒細胞は小脳原基背側に位置する上菱脳唇から、GABA作動性ニューロンであるプルキンエ細胞は小脳原基腹側の脳室帯から産生されます。 顆粒細胞とプルキンエ細胞は小脳外から異なる二つの入力線維（苔状線維と登上線維）を受けます。 顆粒細胞が受けた情報はプルキンエ細胞に伝達され、二つの情報はプルキンエ細胞で統合され、最終的に小脳外に出力されます。 この単純な図式は、脳の神経回路の形成機構を理解する良いモデルだと考えています。 私達は、トランスジェニックゼブラフィッシュを用いて小脳神経回路を可視化し、ゲノム編集技術を用いて変異体を作製することによって、 小脳ニューロンおよび小脳に入力するニューロンの分化、および小脳神経回路形成の分子機構を明らかにしようと考えています。 【関連トピックス】

神経回路機能ー恐怖応答学習

小脳は、円滑な運動制御や運動学習に関係していると考えられてきました。 近年の研究から、小脳は不安・恐怖などの情動や、認知といった高次脳機能にも関与していることが知られています。 また、小脳神経回路の異常は、自閉症などヒトの精神疾患にも関係していると考えられています。 私達は、ゼブラフィッシュを用いて、運動学習および恐怖応答学習における小脳神経回路の役割を解析しています。 学習過程における小脳神経回路の機能イメージングを行い、さらに神経毒素や光遺伝子学素子を小脳神経回路に発現させ、神経回路の活動を操作することにより、小脳神経回路の高次機能を明らかにしたいと考えています。 【関連トピックス】

神経堤細胞分化ー色素細胞分化

当研究室の前身である淡水魚類型等保存実験施設の時代から、故富田英夫教授によって80以上のメダカ突然変異体（富田コレクション）が単離されてきました。 その中には、体色異常を示す変異体が多く含まれています。 メダカは、黒・虹・黄・白の四つの色素細胞（色素胞）を持っており、これらは神経堤細胞から分化します。 私達は、富田コレクションの色素変異体解析を起点として、神経堤細胞から色素細胞が分化する分子機構を解析してきました。 さらに、メダカとゼブラフィッシュを用いたゲノム編集、および他の魚種との比較を行うことで、色素細胞分化機構の進化学的解析も行っています。 【関連トピックス】

体軸形成（これまでの研究）

約100年前、シュペーマンとマンゴールドはイモリを用いた発生学的実験から、胚の背側組織の一部が神経・筋肉など背側組織を前後に正確に誘導する活性をもつことを示しました。 この部分は背側オーガナイザーと呼ばれ、長年、発生学者の興味を魅きつけてきました。 魚類・両生類では、受精卵植物極に存在する背側化決定因子が、微小管依存性に胚背側に移動し、背側胚盤細胞においてWntシグナルを活性化し、背側特異的遺伝子を活性化することにより、背側オーガナイザーの誘導を引き起こすと考えられています。 私達はこれまでゼブラフィッシュを用いて、背側オーガナイザー形成の分子メカニズムを明らかにしてきました。 さらに、背腹・前後・左右軸形成に関わる多くの分子を同定してきました。 【関連トピックス】