私たちの知覚・記憶・意識・思考の源である神経回路はどのように形作られているのでしょうか。ショウジョウバエの視神経系をモデルに神経回路形成、 シナプス形成のメカニズムの解明を目指しています。

1. シナプス層特異的な軸索投射のメカニズム

神経細胞は遺伝子プログラムだけでかなりの部分の神経回路を形成し、脳を形作ることが分かってきています。しかし、どのようにして種類の違う軸索が固有 の標的神経を認識しシナプス結合を作るのか、その特異性を説明することは出来ていません。私たちは新しい受容体型膜たんぱく質を同定し、これらのたんぱく 質の組み合わせや協調的でダイナミックな活動によって、神経結合の特異性を説明しようと試みています。

2.シナプス特異性のメカニズム

ショウジョウバエの視神経系では軸索投射が起こったあと、神経細胞が特定の相手と決まった位置にシナプスを形成します。このように遺伝子プログラムで形 作られたシナプスはどのような遺伝子(複数)の働きで作りだされるのでしょうか? ショウジョウバエの発達・洗練された遺伝子工学、細胞工学、生化学、光学的な アプローチで迫りたいと考えています。

3.シナプス可塑性のメカニズム

脳神経回路は経験や周りの環境に応じて、柔軟に変化していかなければなりません。動物は学習や記憶することによって、素早く環境に応答していかなければ 生き抜くことはできません。シナプスに可塑性と呼ばれる柔軟に変化する特性を持たせることで、脳神経回路は回路全体に変化をもたらし、修正を繰り返しています。 そのシナプスの可塑性、とりわけ全シナプス構造の活性部位 （active zone） と呼ばれる部位の可塑的な変化について、ショウジョウバエの視神経細胞をモデルとして それを制御する分子メカニズムを解明しようとしています。

「図1」ショウジョウバエの視神経系
(上)模式図 (下)ショウジョウバエの視神経系の視神経系のコンフォーカル顕微鏡写真。 視神経細胞とその軸索(緑)、神経細胞の核(赤)とグリア細胞(青)が見える。

「図2」 ショウジョウバエの視神経のシナプス
これらのシナプス(イメージ内の点々)は遺伝子によって先天的にプログラムされている。遺伝子マーカーによって共焦点顕微鏡の可視化・定量化できる数少ない 神経間シナプスの一つであり、神経間シナプス形成のメカニズムを研究するために非常に魅力的な実験システムである。