線虫の温度走性を行動モデルとする記憶・学習の制御機構

• Project Area: Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems
• Project/Area Number: 16H01272
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 森 郁恵 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (90219999)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2017: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2016: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 意思決定 / 行動遺伝学 / C.elegans / GTPase(OLA-1) / doublecortin-like kinase / GTPase (OLA-1)

Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究から、線虫温度走性における意思決定を制御するOLA-1 および DCLK-1 は多数の神経細胞に発現していた。線虫の温度走性行動は、AFD、AIY、AIZ およびRIAからなるシンプルな神経回路が主体となって駆動される(Mori and Ohshima, Nature 1995)。そこで、OLA-1が機能する神経細胞の特定を試みたところ、OLA-1遺伝子の機能細胞は複数存在し、線虫の過去の経験の違いに応じて、OLA-1は異なる細胞で意思決定を制御していることを見いだした。高温飼育された個体の意思決定の際には、OLA-1はAFD温度受容ニューロンで機能するのに対し、低温飼育された個体においては、AVK, RMG, BAGなどのこれまでに温度走性行動に関与することが知られていなかった神経細胞で働くことが示唆されていた。そこで、本年度においては、OLA-1が高温飼育された個体において、AFD温度受容ニューロンの温度応答性を制御するのかを検証した。AFDニューロンにカルシウムプローブを発現させた野生株、およびola-1変異体を作成し、カルシウムイメージングを行なったところ、ola-1変異体のAFDニューロンは、温度刺激に対して顕著な異常を示さなかった。このことから、OLA-1はAFDニューロンで機能するが、その作用はカルシウム流入よりも下流のプロセスにあることが示唆された。
また、OLA-1が、飢餓体験による温度走性行動の意思決定に関与するかを検討した。野生株の線虫は、一定の温度で餌のない条件で飼育されたのちに温度勾配上に置かれると、飢餓を体験した飼育温度には誘引されなくなる。一方で、ola-1変異体は飢餓体験後も飼育温度に誘引されることを見出した。このことから、OLA-1は飢餓体験による意思決定にも重要な役割を果たしていることが明らかとなった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Thermosensory Neuronal Encoding of Spatial Temperature Gradient in <i>C. elegans</i> Thermotaxis (2018)
  • Author(s): 塚田祐基, 森郁恵
  • Journal Title: Seibutsu Butsuri Volume: 58 Issue: 1 Pages: 031-033
  • DOI: 10.2142/biophys.58.031
  • NAID: 130006322050
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] SLO potassium channels antagonize premature decision making in C. elegans (2018)
  • Author(s): Aoki M, Tateyama M, Shimomura T, Ihara K, Kubo Y, Nakano S, Mori I.
  • Journal Title: Cold Spring Harbor Laboratory bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/243220
  • Open Access
• [Journal Article] Axially-confined in vivo single-cell labeling by primed conversion using blue and red lasers with conventional confocal microscopes (2017)
  • Author(s): Taniguchi Atsushi、Kimura Yukiko、Mori Ikue、Nonaka Shigenori、Higashijima Shin-ichi
  • Journal Title: Development, Growth & Differentiation Volume: 59 Issue: 9 Pages: 741-748
  • DOI: 10.1111/dgd.12412
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lifespan extension by peroxidase and dual oxidase-mediated ROS signaling through pyrroloquinoline quinone in C. elegans. (2017)
  • Author(s): Sasakura H, Moribe H, Nakano M, Ikemoto K, Takeuchi K,
  • Journal Title: J Cell Sci. Volume: 130 Issue: 15 Pages: 2631-2643
  • DOI: 10.1242/jcs.202119
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of animal behavioral strategies by inverse reinforcement learning (2017)
  • Author(s): Yamaguchi S, Honda N, Ikeda M, Tsukada Y, Nakano S, Mori I and Ishii S
  • Journal Title: bioRxiv Volume: 129007 Pages: 129007-129007
  • DOI: 10.1101/129007
  • NAID: 120006469168
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Learning, memory and decision-making in C. elegans thermotaxis (2018)
  • Author(s): Kondo, R., Jurado, P., Aoki, I., Nakano, S., Mori, I.
  • Organizer: 術領域研究「多様性から明らかにする記憶ダイナミズムの共通原理」平成29年度班会議
• [Presentation] Neural mechanisms underlying behavioral switching among exploitation and exploration modes in the nematode C. elegans (2017)
  • Author(s): Matsuyama J. H., Tsukada Y., Tsukamoto S., Yamao M., Honda N., Ishii S., Mori I.
  • Organizer: 定量生物学の会 第8回年会
  • Place of Presentation: 岡崎カンファレンスセンター, 岡崎
  • Year and Date: 2017-01-08
• [Presentation] 線虫を用いた感覚-介在神経細胞間の単一シナプスレベル機能解析 (2017)
  • Author(s): 塚田祐基, 森郁恵
  • Organizer: 2017年度 生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] BK potassium channels regulate learning speed in C. elegans (2017)
  • Author(s): Aoki, I., Tateyama, M., Shimomura, T., Ihara, K., Kubo, Y., Mori, I.
  • Organizer: 第48回生理研国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 温度受容神経細胞のシステム同定と温度環境の再構築 (2017)
  • Author(s): 塚田祐基, 森郁恵
  • Organizer: 第60回自動制御連合講演会
• [Presentation] BK potassium channels regulate learning speed in C. elegans (2017)
  • Author(s): Aoki, I., Tateyama, M., Shimomura, T., Ihara, K., Kubo, Y., Mori, I.
  • Organizer: 内藤記念科学振興財団第44回内藤コンファレンス
• [Presentation] Information Flow through Local Neural Circuits that Integrate Sensory Input and Behavioral Output during a C. elegans Navigation Behavior (2017)
  • Author(s): Ikeda, M., Nakano, S., Giles, A. C., Mori, I.
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] Functional analysis of ipsilateral neuronal connection at synaptic level (2017)
  • Author(s): Tsukada, Y., Mori, I.
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] Neural mechanisms underlying behavioral switching among exploitation and exploration modes in the nematode C. elegans (2017)
  • Author(s): Matsuyama, J.H., Tsukada, Y., Mori, I.
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] BK potassium channels regulate learning speed in C. elegans (2017)
  • Author(s): Aoki, I., Tateyama, M., Shimomura, T., Ihara, K., Kubo, Y., Mori, I.
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] Identification and analysis of multifunctional neurons in a C. elegans thermotaxis behavior (2017)
  • Author(s): Ikeda, M., Nakano, S., Giles, A. C., Mori, I.
  • Organizer: 21st International C.elegans Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neural mechanisms underlying behavioral switching in thermotaxis of C. elegans. (2017)
  • Author(s): Matsuyama, J.H., Tsukada, Y., Mori, I.
  • Organizer: 21st International C.elegans Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Laser axotomy and optogenetics for functional analysis of ipsilateral neuronal connection at synaptic level. (2017)
  • Author(s): Tsukada, Y., Mori, I.
  • Organizer: 21st International C.elegans Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The C. elegans MAST Kinase Acts through Stomatin and Diacylglycerol Kinase to Regulate Thermotaxis Behavior (2017)
  • Author(s): Nakano, S., Ikeda, M., Giles, A. C., Suzuki, T., Sano, A., Kondo, R., Higashiyama, T., Mori, I.
  • Organizer: 21st International C.elegans Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] BK potassium channels regulate learning speed in C. elegans (2017)
  • Author(s): Aoki, I., Tateyama, M., Shimomura, T., Ihara, K., Kubo, Y., Mori, I.
  • Organizer: 21st International C.elegans Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Epilepsy-related mutations in SLO-2 K+ channel slow down learning speed in C. elegans. (2016)
  • Author(s): Aoki I., Tateyama M., Shimomura T., Ihara K., Mori I.
  • Organizer: 生理学研究所国際研究集会"Towards elucidation of memory engram"
  • Place of Presentation: 岡崎カンファレンスセンター, 岡崎
  • Year and Date: 2016-12-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Epilepsy-related mutations in SLO-2 BK potassium channel slow down a behavior change in C. elegans (2016)
  • Author(s): Aoki I., Ihara K., Mori I.
  • Organizer: C.elegans Topic Meeting Ce Neuro2016
  • Place of Presentation: 豊田講堂, 名古屋
  • Year and Date: 2016-07-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Local Neural Circuits Integrating Sensory Input and Behavioral Output during a C. Elegans Navigation Behavior (2016)
  • Author(s): Ikeda M., Nakano S., Giles A. C., Mori I.
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜, 横浜
  • Year and Date: 2016-07-20
• [Presentation] Unveiling principle of neural circuits underlying learning, memory and decision-making (2016)
  • Author(s): Ikue Mori
  • Organizer: Sciece Lecture at Department of Life Sciences, Pekin University
  • Place of Presentation: Pekin University, Beijin
  • Year and Date: 2016-05-27
  • Invited
• [Presentation] 線虫行動と神経回路の包括的解析から記憶、学習、意思決定のメカニズムを探る (2016)
  • Author(s): 森郁恵
  • Organizer: 第34回日本生理心理学会大会
  • Place of Presentation: 豊田講堂, 名古屋
  • Year and Date: 2016-05-14
  • Invited
• [Book] "Molecular Mechanisms of learning in C. elegans",In: Learning and Memory: A Comprehensive Reference 2nd Edition (2017)
  • Author(s): Aoki I., Nakano S. and Mori I.
  • Total Pages: 2402
  • Publisher: Elsevier
  • ISBN: 9780128051597
• [Remarks] 森研究室のウェブページへようこそ
  • URL: http://elegans.bio.nagoya-u.ac.jp/~lab/index.html
• [Remarks] 名古屋大学理学研究科ニューロサイエンス研究センター
  • URL: https://nsi.bio.nagoya-u.ac.jp/jp/
• [Remarks] Welcome to Molecular Neurobiology
  • URL: http://elegans.bio.nagoya-u.ac.jp/~lab/index.html