Translatome responses to extreme sleep rhythms and neuronal integration

• Project/Area Number: 22KK0106
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 46:Neuroscience and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 谷本 拓 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (70714955)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 市之瀬 敏晴 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (20774748) ; 山方 恒宏 東北大学, 生命科学研究科, 准教授 (50716248)
• Project Period (FY): 2022-10-07 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000); Fiscal Year 2025: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2024: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2023: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 翻訳制御 / ストレス応答

Outline of Research at the Start

宇宙ステーションなどの極限環境では、超短周期で起こる昼夜のリズムのため、睡眠維持障害型不眠症が顕著に増加する。しかし、極限明暗リズムが及ぼす神経系の機能変容とそのメカニズムついての知見は乏しい。
国際共同研究者であるChang Liu博士は、超短周期の極限明暗条件にショウジョウバエを暴露し、睡眠ストレスと睡眠構造の変化のモデルを新たに確立した。本研究では、超短周期の明暗リズムが神経細胞・グリア細胞でのタンパク翻訳に及ぼす影響を網羅的に解析する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ショウジョウバエを慢性的な断眠ストレス下に暴露し、細胞種特異的な比較トランスラトーム・トランスクリプトーム解析を行う。リボソームプロファイリングにより翻訳効率が変化するタンパク質群を同定し、睡眠の断片化に伴う生体内の生理学的変化を理解する。
今年度は、微量の標的細胞から翻訳中のmRNAを抽出する技術を確立し、細胞種特異的なリボソームプロファイリングの実施に向けた実験パイプラインの整備を進めた。さらに共同研究者であるChang Liu博士（Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences）と協働で、睡眠阻害実験のためのセットアップを確立した。この実験系を用いて、断眠ストレスを与えた際のアクティブゾーンにおける内在性シナプスタンパク質の動態を解析した。代表的なアクティブゾーンの構造タンパクであるBruchpilot (Brp)に焦点を当て、SplitGFP 再構成技術を活用した標的細胞特異的な内在性タンパクの蛍光標識法を用いて、異なる神経細胞種間においてBrpの細胞内局在を可視化した。その結果、Brpの空間分布が断眠状態において可塑的に変化することを見出し、短周期の睡眠阻害によるストレスがシナプスタンパクへ及ぼす影響を明らかにした。さらに、共同研究者のLiu博士を日本に招聘し、今後の研究方針と渡航計画について議論を深めた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度の目標をおおむね達成し、着実に研究成果が得られている。

Strategy for Future Research Activity

今年度確立した少数の細胞群からのリボソームプロファイリング法を用いて、トランスジーン発現細胞から特異的に翻訳中のmRNAを回収し、ストレスの翻訳応答をプロファイルする。並行して断眠ストレスを介在する候補分子を探索し、その産生酵素や受容体の機能を阻害したトランスジェニック系統を用いて、睡眠阻害により誘導されるBrpの細胞内局在の可塑性を検証する。また、シナプスタンパクの可塑的変化が断眠ストレス特異的であるのか、あるいは飢餓など別種の環境ストレスにおいても生じるのかを明らかにするため、各種ストレスがアクティブゾーンの分子構造へ与える作用を同様の実験系を用いて比較検討する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Chinese Academy of Sciences(中国)
• [Int'l Joint Research] Chinese Academy of Sciences(中国)
• [Journal Article] Translational regulation enhances distinction of cell types in the nervous system (2023)
  • Author(s): Ichinose Toshiharu、Kondo Shu、Kanno Mai、Shichino Yuichi、Mito Mari、Iwasaki Shintaro、Tanimoto Hiromu
  • Journal Title: eLife Volume: -
  • DOI: 10.7554/elife.90713.1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Neural control of redox response and microbiota-triggered inflammation in Drosophila gut (2023)
  • Author(s): Fuse Naoyuki、Hashiba Haruka、Ishibashi Kentaro、Suzuki Takuro、Nguyen Quang-Dat、Fujii Kiho、Ikeda-Ohtsubo Wakako、Kitazawa Haruki、Tanimoto Hiromu、Kurata Shoichiro
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 14 Pages: 1268611-1268611
  • DOI: 10.3389/fimmu.2023.1268611
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The fruit fly acetyltransferase chameau promotes starvation resilience at the expense of longevity (2023)
  • Author(s): Venkatasubramani Anuroop Venkateswaran、Ichinose Toshiharu、Kanno Mai、Forne Ignasi、Tanimoto Hiromu、Peleg Shahaf、Imhof Axel
  • Journal Title: EMBO reports Volume: 24 Issue: 10
  • DOI: 10.15252/embr.202357023
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A descending inhibitory mechanism of nociception mediated by an evolutionarily conserved neuropeptide system in Drosophila (2023)
  • Author(s): Oikawa Izumi、Kondo Shu、Hashimoto Kao、Yoshida Akiho、Hamajima Megumi、Tanimoto Hiromu、Furukubo-Tokunaga Katsuo、Honjo Ken
  • Journal Title: eLife Volume: 12
  • DOI: 10.7554/elife.85760.2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Female reproductive dormancy in <i>Drosophila</i> is regulated by DH31-producing neurons projecting into the corpus allatum (2023)
  • Author(s): Kurogi Yoshitomo、Imura Eisuke、Mizuno Yosuke、Hoshino Ryo、Nouzova Marcela、Matsuyama Shigeru、Mizoguchi Akira、Kondo Shu、Tanimoto Hiromu、Noriega Fernando G.、Niwa Ryusuke
  • Journal Title: Development Volume: 150 Issue: 10
  • DOI: 10.1242/dev.201186
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Functional impact of subunit composition and compensation on Drosophila melanogaster nicotinic receptors?targets of neonicotinoids (2023)
  • Author(s): Komori Yuma、Takayama Koichi、Okamoto Naoki、Kamiya Masaki、Koizumi Wataru、Ihara Makoto、Misawa Daitaro、Kamiya Kotaro、Yoshinari Yuto、Seike Kazuki、Kondo Shu、Tanimoto Hiromu、Niwa Ryusuke、Sattelle David B.、Matsuda Kazuhiko
  • Journal Title: PLOS Genetics Volume: 19 Issue: 2 Pages: e1010522-e1010522
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1010522
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Tuning the reward intensity (2024)
  • Author(s): Tanimoto H
  • Organizer: The 3rd Asia Pacific Drosophila Neurobiology Conference 2024
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Translational regulations for cell type distinction and neuronal adaptation (2024)
  • Author(s): Ichinose T
  • Organizer: The 3rd Asia Pacific Drosophila Neurobiology Conference 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Regulation of vesicle pools for distinct memory phases. (2024)
  • Author(s): Tanimoto H
  • Organizer: 2023年度生理学研究所記憶学習研究会 “Diverse approaches to understanding learning and memory”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Feedback regulation of dopamine signaling tunes reward intensities. (2023)
  • Author(s): Saito K, Hiramatsu S, Watanabe A, Ichinose T, Yamagata N, Tanimoto H.
  • Organizer: Mushroom body meeting 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The state-dependent active zone structural plasticity induced through octopamine signalling (2023)
  • Author(s): Eno S, Wu H, Saito K, Jinnai K, Kondo S, Tanimoto H
  • Organizer: Asia Pacific Drosophila Research Conference 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ドーパミンプレシナプスニコチン受容体による匂い選択行動の制御 (2023)
  • Author(s): 山方 恒宏, 市川, 梨乃, 阿部, 綾子, 片山, 統裕, 谷本 拓
  • Organizer: 第46回日本神経科学大会
• [Presentation] 毒物回避および依存的行動におけるエクダイソンDopEcRシグナルの新規役割 (2023)
  • Author(s): 西塔 心路, 渡辺, 碧, 谷本, 拓, 市之瀬, 敏晴
  • Organizer: 第46回日本神経科学大会
• [Presentation] Translational regulation through upstream ORF ensures cell type specific expression of neuronal proteins (2022)
  • Author(s): Ichinose T, Kondo S, Kanno M, Shichino Y, Mito M, Iwasaki S, Tanimoto H
  • Organizer: 第15回日本ショウジョウバエ研究集会