Mechanisms by which physiological stress modulates learning and memory
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22K06442
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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 | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
國友 博文 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20302812)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 記憶と学習 / 線虫 / 化学感覚 / 神経ペプチド / 走化性 / ストレス |
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| Outline of Research at the Start |
私たちは、記憶と学習が環境や体調の影響を受けることを日常的に感じています。脳・神経系において、どんな遺伝子が記憶の形成にはたらいているのか、記憶はいかなる生理的変化として形成され保持されるのか。またその記憶と、記憶に基づく学習行動は体内外の環境によってどのように調節されるのか。本研究では、遺伝子の機能を調べるのに適した線虫を用いて生理的ストレスの存在下で本来とは異なる学習が生じる仕組みを調べることにより、上記の問いに正確に答えることを目指します。
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| Outline of Annual Research Achievements |
学習が成立するとき、神経系のいかなる生理的変化が新しい行動を生じさせるのか。これを分子・細胞レベルで理解することを目的として、線虫C. エレガンスの味覚学習の機構を調べている。線虫は餌を得ていた塩濃度を好み、飢餓を経験した塩濃度を避ける学習を示す（塩濃度学習）。昨年度、FLP-2と呼ばれる神経ペプチドが餌シグナルとしてはたらく可能性があること、その受容体がFRPR-18（Chen et al., 2016）と考えられることを報告した。今年度は、引き続きFLP-2の役割を明らかにする研究を進めた。FLP-2が餌の情報を伝えている場合、その発現・分泌レベルは飼育環境の餌の有無に依存して変動する可能性が考えられる。これを調べるためのレポーター株を準備した。また、組織・細胞特異的な機能回復実験によりFRPR-18の機能細胞を同定するための、flp-2過剰発現・frpr-18欠損二重変異体の作製を進めた。FRPR-18の機能細胞を特定し、FLP-2がFRPR-18を介してその細胞にもたらす変化と、それが神経回路の動作、ひいては行動に与える影響を調べることにより、餌が認識される分子機構の解明に近づくと期待される。
本研究は、ストレスが記憶と学習に与える影響について調べることも目的としている。線虫は紫外線を忌避し、その応答行動は紫外線受容体であるLITE-1に媒介される（Gong et al., 2017, Edwards et al., 2008）。ある種の蛍光色素で染色された化学感覚ニューロンが、色素の励起によって、LITE-1に依存した忌避行動を引き起こすことを見出した。この知見は、LITE-1が紫外線以外の因子（たとえば活性酸素種）によって活性化され得ることを示唆している。この仕組みを調べることにより、光受容体の動作機構の一層の理解につながると思われる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
上述したように、神経ペプチドのFLP-2は、線虫の塩濃度学習において餌の認識に関与している可能性がある。その作用機序の解明に向けて、今年度は一定の進展があったものの、当初に計画した目標には届かなかった。また、FLP-2と並行してはたらく神経ペプチドPDF-1の作用機序の解析や、セロトニン経路との関係を調べる実験には着手できなかった。
感覚刺激の受容機構について、光受容タンパク質の活性化機構に新知見をもたらし得る手掛かりが得られた点は良かった。昨年度までに、味覚神経の塩応答性について従来知られていた知見と異なる性質を見出しており、今後、味覚神経応答機構の生化学的な解析と併せて研究を進めたい。
所属研究室のPIの定年退職に伴って、研究資源の整理と移設に一定の時間と労力を要した。また研究協力者であった大学院生の学位取得と離籍により、新たに着手する予定だった研究計画を開始できなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究資源の状況を考慮し、進行中の課題に集中する。まず、塩濃度学習において餌の情報が認識される機構を明らかにするため、FLP-2の作用機序を調べる。FLP-2を過剰発現した線虫個体は飢餓条件後の塩走性に欠損を示す。この表現型は、受容体として知られているfrpr-18に依存する。一方で、flp-2またはfrpr-18の変異体は塩走性に顕著な欠損を示さない。以上より、FLP-2を過剰発現したときに観察される塩走性欠損は、生理的な制御を逸脱したFLP-2がFRPR-18受容体を介して飢餓後の塩走性を攪乱することが原因であると推測される。FRPR-18受容体の作用細胞を同定し、神経回路の塩応答がペプチドによっていかに調節されるか調べる。飢餓条件による行動の調節にはインスリンシグナル伝達経路が関与する（Ohno et al., 2014, Nagashima et al., 2019）。ペプチドの過剰発現はこのはたらきを抑制しているかもしれない。両者の遺伝学的な関係を調べる。FLP-2と並行してはたらく可能性が示唆されたPDF-1の作用機序の解明にも着手したい。
複数のHECT型ユビキチンリガーゼが、飢餓に依存した学習において重複して機能する（Ike et al., 2022）。変異体の表現型が顕著だったhecd-1の作用機序を調べるためサプレッサースクリーニングが行われた。抑圧変異として２つの候補遺伝子が得られ、ひとつは脱ユビキチン酵素であった（池ら、未発表）。HECD-1とこの脱ユビキチン酵素の共通基質が飢餓条件による行動の制御に関わると推定される。近位依存性ビオチン化標識法などによりその同定を試みる。
光受容体が活性酸素種により活性化されるか、神経応答の解析、変異体を用いた行動解析、生化学的な解析方法を検討する。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
