コマンドニューロンの可塑的変化による連合学習機構－その分子基盤のリアルタイム解析
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22K06439
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
櫻井 晃 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 主任研究員 (50749041)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | シナプス可塑性 / 連合学習 / シナプトタグミン / GRASP / ショウジョウバエ / コマンドニューロン |
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| Outline of Research at the Start |
シナプスの可塑的変化によって記憶はつくられると考えられており、両者の因果関係の追及は記憶研究の重要課題の１つである。そこで、シナプスの変化と、記憶形成による動物行動の変化を同時にリアルタイムで追跡することが可能な独自の連合学習実験系を構築し、摂食を司る中枢コマンドニューロンに統合されるシナプス入力の強化によって記憶が形成されることを明らかにした。これに基づき、本研究ではシナプス前後の相互作用を通じてシナプス可塑性に関与することが示唆されている分子に着目し、神経活動依存的にシナプス入力の変化を生み出すミクロな機構が、マクロな脳機能の変化（記憶）へとつながる分子細胞基盤を明らかにすることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
学習の神経基盤を理解するためには、学習による行動の変化を解析し、その行動を制御する神経回路を同定し、その神経回路内で行動の変化を担う主要な部位を同定する必要があると指摘されている（塚原仲晃ら、1981年）。この方法論にならい、中枢シナプスの変化と学習による動物行動の変化を同時にリアルタイムで追跡することが可能な独自の連合学習実験系を構築し、摂食を司る中枢コマンドニューロン「feeding neuron」に統合されるシナプス入力の強化によって記憶が形成されることを明らかにした。これに基づき、本研究ではHebb則において想定されるようなシナプス前後の相互作用を通じてシナプス可塑性を担うと想定されている分子に着目し、シナプスの変化と記憶形成とを明確な因果関係のもとに結びつけて、その分子基盤を明らかにすることを目指す。今年度は、エキソサイトーシスのためのCa2+センサーと想定されるシナプトタグミン（Syt）ファミリーに属するSyt7の機能解析を行った。神経筋接合部シナプスの電気生理学的解析により、Syt7はシナプス前細胞においてシナプス小胞の細胞膜への融合を制御し、短期シナプス可塑性を担うことが示唆されている。そこで、上述の連合学習実験系を用いてSyt7突然変異体を解析したところ、短期記憶に欠損があることがわかった。訓練前は、連合学習に用いる条件刺激及び無条件刺激に対する反応は野生型と比べて差は認められなかった。Syt7の担う短期シナプス可塑性が、短期記憶の基盤となっていることが示唆された。今後、Syt7の機能を細胞レベルで調べるためには、この連合学習を担うシナプス前細胞の同定が必要である。そこで、feeding neuronと接続するニューロンを同定するために、GRASP法を用いた解剖学的なスクリーニングを行い、候補となるニューロンを複数同定することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
短期シナプス可塑性を担うSyt7の機能が失われると、連合学習の実験系において訓練直後から記憶異常が観察されることを発見したため。また、解剖学的なスクリーニングにより連合学習を担うシナプス前細胞の候補を複数同定することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
記憶形成を担うシナプスについて、既に同定されているシナプス後細胞（feeding neuron）と接続するシナプス前細胞を同定するために、引き続きGRASP法を用いた解剖学的スクリーニングを行いながら、それと並行してシナプス前細胞候補を光遺伝学的な手法を用いて活性化する実験を行う。GRASP法によりfeeding neuronとシナプス接続を持ち得るほどに近接することは判明しているが、実際にこれらのニューロンがfeeding neuronに対して機能的な入力を持つかは不明であるため、人為的に活動させた際にfeeding neuronが活性化されるかを検討するという２次スクリーニングを行う。その後、そのニューロンが条件刺激によって活動するか、光遺伝学的手法を用いたそのニューロンの人為的活性化が条件刺激を代替できるのかを調べる。そうして同定されたシナプス前細胞において、RNA干渉法などを用いたシナプス前細胞におけるSyt7の機能阻害実験、あるいはSyt7突然変異体においてシナプス前細胞特異的な機能救済実験を行うことで、シナプス前細胞におけるSyt7の機能解析を行う。また、哺乳類海馬の実験系において、LTPを誘導するためにシナプス後細胞においてSyt7の機能が必要であるという報告もあるため、シナプス後細胞であるfeeding neuronにおけるSyt7の機能解析も同様に行う。また、本研究で用いる連合学習実験系においては、記憶形成過程における脳神経回路のリアルタイム観察が可能であり、実際に連合学習の過程でfeeding neuronが条件刺激に対する反応性を獲得することがわかっている。そこで、Syt7突然変異がこの過程にどのような影響を及ぼすのかをリアルタイムで観察する。
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Report
(1 results)
Research Products
(7 results)
