Dynamics of memory circuits by synaptic plasticity

• Project Area: Census-based biomechanism of circuit construction and transition for adaptive brain functions
• Project/Area Number: 22H05496
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 後藤 明弘 京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (10741332)
• Project Period (FY): 2022-06-16 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000); Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2022: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
• Keywords: LTP / 長期記憶 / CALI / シナプス可塑性 / 学習 / 海馬

Outline of Research at the Start

本研究では、記憶回路形成に必要なLTPの詳細な時空間情報の解明とそれに伴う遺伝子発現の網羅的な解析を目的とする。申請者は近年、脳内で誘導されるLTPの時間枠と場所を詳細に解析する光遺伝学的手法を開発した。本手法を用いることで、まず記憶に伴ってLTPが誘導される脳領域と時間枠を詳細に明らかにする。明らかにしたLTP時間枠の前後にける遺伝子発現の変化をRNAシークエンスによって検出し、学習回路の形成に必要な遺伝子発現を網羅的に解析する。さらに本光遺伝学によってLTPを特異的に解除された細胞のみを選別することで、LTPに重要な遺伝子発現を抽出することも試みる。

Outline of Annual Research Achievements

今年度は計画通り、学習後のLTPの時空間解析を行った。申請者が近年開発した光遺伝学的手法を用いることで、学習後のLTPの時間枠を同定した。各脳領域にAAVを用いてCFL-SNを発現させ、学習タスク (Inhibitory avoidance test, IAテスト)を行った後に、光ファイバーを通して光を照射する。IAテストでは電気刺激により忌避記憶を形成させ、翌日に記憶を評価する。電気刺激の後、様々な時間に光を照射し、その翌日に記憶を評価した。記憶が消去されていた場合、光照射の時間枠でLTPが誘導されたと考えられる。
海馬のCA3, 歯状回、扁桃体、などで検討した。これにより、これらの脳領域で学習後にLTPが誘導される時間枠を明らかにした。またこれらの領域においてLTPを担う細胞を観察するための２色観察顕微鏡の導入をお行い、神経活動しつつLTPを抑制することに成功した。これにより、LTPにより誘導される神経活動を明らかにした。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Dispensable role of Rac1 and Rac3 after cochlear hair cell specification (2023)
  • Author(s): Nakamura Takashi, Sakaguchi Hirofumi, Mohri Hiroaki, Ninoyu Yuzuru, Goto Akihiro, Yamaguchi Taro, Hishikawa Yoshitaka, Matsuda Michiyuki, Saito Naoaki, Ueyama Takehiko
  • Journal Title: Journal of Molecular Medicine Volume: 101 Issue: 7 Pages: 843-854
  • DOI: 10.1007/s00109-023-02317-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Offline neuronal activity and synaptic plasticity during sleep and memory consolidation (2022)
  • Author(s): Goto Akihiro、Hayashi Yasunori
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: - Pages: 29-36
  • DOI: 10.1016/j.neures.2022.12.021
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Spatiotemporal profile of synaptic plasticity during memory consolidation (2024)
  • Author(s): Akihiro Goto
  • Organizer: 香港科技大
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A new optogenetics reveals the spatiotemporal window of synaptic plasticity events during memory consolidation. (2023)
  • Author(s): Akihiro Goto
  • Organizer: ACC International Symposium 2023
  • Int'l Joint Research
• [Book] ブレインサイエンス・レビュー2024 (2024)
  • Author(s): 分担執筆（5．記憶を長期保存する細胞メカニズム）
  • Total Pages: 216
  • Publisher: アドスリー
  • ISBN: 4910513191