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山元 大輔(行動遺伝学)

山元大輔

1978年東京農工大学大学院修士課程修了。1981年理学博士(北海道大学)。1980年より1999年まで三菱化学生命科学研究所研究員、1981年より1983年までノースウェスタン大学医学部博士研究員、1994年より2000年まで、科学技術振興事業団山元行動進化プロジェクト総括責任者。1999年早稲田大学人間科学部教授就任。同大学理工学部教授を経て、2005年より現職。日本遺伝学会評議員。専門は行動遺伝学。著書に『男と女はなぜ惹きあうのか』『心と遺伝子』(中央公論新社、2004年、2006年)、『浮気をしたい脳』(小学館、2007年)など多数。

5年間の研究のまとめ

本プログラムの実施によって、行動の性差を脳の神経回路に生じた性差から理解し、その分子基盤を探る研究に一定の成果を挙げることに成功した。

具体的には、キイロショウジョウバエの同性愛突然変異体、satoriによって同定した性行動制御の“マスターコントロール遺伝子”fruitless (fru)を軸にその発現ニューロンの機能解析を進め、雄の性行動を開始させる意志決定介在中枢、P1ニューロンクラスターを同定した。

fruは雌決定タンパク質、Transformer (Tra)によってスプライシング制御を受ける標的遺伝子であり、もう一つの標的であるdoublesex (dsx)とともに性分化を制御する。P1クラスターはfruとdsxの両者を発現する雄特異的ニューロン20個から形成される。雌ではdsxの雌型産物 、DsxFによって細胞死が誘導され失われる。tra変異ホモ接合となって雄化したニューロンのクローンを雌の脳内にランダムに発生させ、その性モザイク個体の行動を解析したところ、P1クラスターが雄化された時に雄型の求愛行動を示すことが判明した。

次に高温感受性チャンネルdTrpA1を発現するクローンを雄の脳内に形成させ、温度を上げてその構成ニューロンを強制的に興奮させる実験を行った。P1クラスターを強制活性化させると、求愛相手のいない状態の単独雄が性行動を始めた。同様の方法で、P1による決定を胸部神経節の運動中枢に伝える下行性介在ニューロン、P2bも同定した。さらに雄をトレッドミルに固定して行動させる拘束雄システムを開発し、この雄を雌に接触させた時にP1ニューロン群に一過性の興奮が生じることをCa2+イメージングにより立証した。

このとき、雌への接触によりフェロモン情報を受容するのは脚の感覚毛にあるGr32a発現感覚ニューロンと思われ、その情報は性的二型fru発現介在ニューロン、mALによって処理される。mALの樹状突起叢に性差を生み出す転写因子としてHunchbackを同定し、Fruはさらにその上位に位置して、クロマチンの制御によりニューロン性分化を実現していることを明らかにした。

代表的な論文
  1. Ito, H., Sato, K., Koganezawa, M., Ote, M., Matsumoto, K., Hama, C., and Yamamoto, D. Fruitless cooperates with two antagonistic chromatin factors to establish single-neuron sexual dimorphism. Cell (2012), in press.
  2. Kohatsu, S., Konganezawa, M., and Yamamoto, D. Female contact activates male-specific interneurons that trigger stereotypic courtship behavior in Drosophila. Neuron 69, 498-508. 2011.
  3. Nojima, T., Kimura, K-I., Koganezawa, M., and Yamamoto, D. Neuronal synaptic outputs determine the sexual fate of postsynaptic targets. Curr. Biol. 20, 836-840. 2010.
  4. Koganezawa, M., Haba, D., Matsuo, T., and Yamamoto, D. The shaping of male courtship posture by lateralized gustatory inputs to male-specific interneurons. Curr. Biol. 20, 1-8. 2010.
  5. Kimura, K-I., Hachiya, T., Koganezawa, M., Tazawa, T., and Yamamoto, D. Fruitless and Doublesex coordinate to generate male-specific neurons that can initiate courtship. Neuron 59, 759-769. 2008.
  6. Kimura, K-I., Ote, M., Tazawa, T., and Yamamoto, D. fruitless specified sexually dimorphic neural circuitry in the Drosophila brain. Nature 438, 229-233. 2005.

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