光により駆動するシンギュラリティ細胞による長期記憶維持システムの解明

• Project Area: Singularity biology
• Project/Area Number: 21H00434
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 坂井 貴臣 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (50322730)
• Project Period (FY): 2021-09-10 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: ショウジョウバエ / 長期記憶 / 記憶維持 / PDF / CREB / 長期記憶維持 / Pdf

Outline of Research at the Start

ショウジョウバエは光を利用して長期記憶を維持している。 脳で発現する神経ペプチドPDFが、左右４個ずつ存在するPDFニューロンから光依存的に分泌され、ハエ記憶中枢の転写因子CREBが光依存的に活性化することで長期記憶が維持されている。4組のPDFニューロンが長期記憶維持を制御していることから、PDFニューロンは記憶維持を司るシンギュラリティ細胞であると言える。本研究では、約4000個の細胞で構成されるハエ記憶中枢に注目し、PDFニューロンの活動依存的にCREB活性が上昇する細胞を可視化すると共に、PDFニューロンから記憶中枢に至る情報伝達経路を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

記憶は動物が自然界で生存する上で必要不可欠な脳機能の一つである。しかし、一度獲得した記憶がどのようにして脳で長期間維持され続けるのか、その分子機構の詳細はほとんど明らかになっていない。我々は近年、ショウジョウバエ（以下ハエ）が光を利用して長期記憶を維持しているという興味深い事実を見出した。脳で発現する神経ペプチドPDFが、左右４個ずつ存在するPDFニューロンから光依存的に分泌され、ハエ記憶中枢（キノコ体）の転写因子CREBが光依存的に活性化することで長期記憶が維持されている。4組のPDFニューロンが長期記憶維持を制御していることから、PDFニューロンは記憶維持を司るシンギュラリティ細胞であると言える。本研究では、約4000個の細胞で構成されるハエ記憶中枢に注目し、PDFニューロンの活動依存的にCREB活性が上昇する細胞を可視化する技術の確立を目的とした。
本研究では3種類の形質転換バエの作製を計画した：①6xCRE-FRT-stop-FRT-LexA系統、②MB-FLP系統、③LexAop-KikGR系統。①は、CREB活性を検出するためのコンストラクトである。②はキノコ体で組み換え酵素であるFlippase（FLP）を発現するコンストラクトである。①と②のハエに加えて③LexAop-KikGR系統を組み合わせると、CREB転写活性の上昇に伴いKikGRが発現する。光変換タンパク質KikGRは紫外線照射により緑色蛍光から赤色蛍光にシフトので、学習後かつ記憶維持段階の前に紫外線を照射することにより既存のKikGRを赤色蛍光に変化させたのち、記憶維持段階で緑色蛍光を発する細胞を観察することで、記憶維持細胞の数や細胞の種類を同定することができる。上記3種類の形質転換系統の作製を計画し、それらの作製に成功した。さらに、これらの系統に特段の行動異常（求愛や摂食）がないことも確認した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Department of neuroscience/Caver College of Medicine/University of Iowa(米国)
• [Journal Article] PDGF-B secreted from skeletal muscle enhances myoblast proliferation and myotube maturation via activation of the PDGFR signaling cascade (2023)
  • Author(s): Hamaguchi Hiroki、Dohi Kitora、Sakai Takaomi、Taoka Masato、Isobe Toshiaki、Matsui Tsubasa S.、Deguchi Shinji、Furuichi Yasuro、Fujii Nobuharu L.、Manabe Yasuko
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 639 Pages: 169-175
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.11.085
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Circadian photoreceptors are required for light-dependent maintenance of long-term memory in Drosophila (2022)
  • Author(s): Inami S, Sakai T.
  • Journal Title: Neurosci. Res. Volume: 185 Pages: 62-66
  • DOI: 10.1016/j.neures.2022.09.003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Circadian Neuropeptide-Expressing Clock Neurons as Regulators of Long-Term Memory: Molecular and Cellular Perspectives (2022)
  • Author(s): Inami S, Sato T, Sakai T.
  • Journal Title: Front Mol Neurosci. Volume: 15 Pages: 934222-934222
  • DOI: 10.3389/fnmol.2022.934222
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dorsal-lateral clock neurons modulate consolidation and maintenance of long-term memory in Drosophila. (2022)
  • Author(s): Yuki Suzuki, Yuto Kurata, Takaomi Sakai
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 4 Issue: 4 Pages: 266-279
  • DOI: 10.1111/gtc.12923
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Consolidation and maintenance of long-term memory involve dual functions of the developmental regulator Apterous in clock neurons and mushroom bodies in the Drosophila brain. (2021)
  • Author(s): Show Inami, Tomohito Sato, Yuto Kurata, Yuki Suzuki, Toshihiro Kitamoto, *Takaomi Sakai.
  • Journal Title: Plos Bioloby Volume: なし Issue: 12 Pages: 1-30
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3001459
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ストレス誘発性の性機能障害のショウジョウバエモデルの確立 (2022)
  • Author(s): 佐藤 智士、 坂井 貴臣
  • Organizer: 第45回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 時計ニューロンLNdから放出される神経伝達物質は長期記憶に必須である (2022)
  • Author(s): 倉田裕斗、 鈴木 悠希、坂井貴臣
  • Organizer: 第45回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 時計ニューロンが制御する光依存的な記憶維持機構 (2022)
  • Author(s): 坂井貴臣
  • Organizer: 第41回日本認知症学会学術集会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] period-expressing dorsal lateral neurons’ neural activity is necessary for memory maintenance in Drosophilalong-term memory. (2021)
  • Author(s): Yuki Suzuki, Takaomi Sakai
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification of brain neurons involved in light-dependent maintenance of long-term memory in Drosophila. (2021)
  • Author(s): Takehito Satoh, Takaomi Sakai
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ストレス依存的な性的モチベーション低下のショウジョウバエモデルの解析 (2021)
  • Author(s): 佐藤 智士, 坂井貴臣
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 東京都立大学大学院生命科学専攻 細胞遺伝学研究室
  • URL: https://www.biol.se.tmu.ac.jp/labo.asp?ID=celgen
• [Remarks] 東京都立大学 教員紹介
  • URL: https://www.tmu.ac.jp/stafflist/data/sa/489.html
• [Remarks] 東京都立大学 ニュース （研究発表）
  • URL: https://www.tmu.ac.jp/news/topics/31432.html