Olfactory imprinting during the critical period in mice

Publicly Offered Research

Project Area	Inducing lifelong plasticity (iPlasticity) by brain rejuvenation: elucidation and manipulation of critical period mechanisms
Project/Area Number	23H04224
Research Category	Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Transformative Research Areas, Section (III)
Research Institution	University of Fukui
Principal Investigator	西住裕文福井大学, 学術研究院医学系部門, 准教授 (30292832)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000) Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000) Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Keywords	臨界期 / 嗅覚 / 遺伝子改変マウス / シナプス形成 / 記憶
Outline of Research at the Start	本研究の概要は、マウス嗅覚系を用いて、出生後の臨界期に、環境入力に依存して行なわれる神経回路の可塑的な変化、即ち刷り込み現象を、分子・神経回路レベルで解明する研究である。高等生物は、発達期における外環境からの感覚刺激によって脳神経を可塑的に変化させることで、嗜好性・社会性・環境適応性などを獲得する。そこで人為的に臨界期を操作した場合、匂い刷り込み記憶にどのような影響が生じるかを、シナプス形成やマウスの情動行動解析などを行い、嗅覚系の臨界期と匂い刷り込み記憶の仕組みを解明する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、臨界期に、環境入力に依存して行なわれる神経回路の可塑的な変化、すなわち刷り込み現象を、分子レベルで解明することを目的とする。我々はマウス嗅覚系を用いて、嗅覚系の臨界期が、嗅細胞の軸索末端に神経活動依存的に発現するSemaphorin7A (Sema7A)と、僧帽細胞に生後一週間限定で発現するSema7Aの受容体PlexinC1 (PlxnC1)の相互作用で規定されていることを見出した。また、新生仔の臨界期に特定の匂いを刷り込んでおくと、成長後、その匂いに対して愛着行動を示すようになることも見出した。そこで、Sema7AあるいはPlxnC1の発現を人為的変化させて臨界期を操作した場合、匂い刷り込み記憶にどのような影響が生じるかを明らかにする。臨界期を操作するために、OMP遺伝子のプロモーターを用い、Sema7Aを全ての嗅細胞で一様に高発現させる遺伝子改変マウスの樹立を試みた。得られた遺伝子改変マウス由来の嗅上皮切片を用い、免疫染色法により解析した結果、全ての嗅細胞でSema7Aが高発現していることが確認された。そこで、この遺伝子改変マウスを用い、嗅覚系の臨界期にSema7Aの発現量に差がなくなった場合、嗅覚神経回路形成や匂い刷り込み記憶形成にどのような影響が生じるかを解析している。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 嗅覚系の臨界期を操作するために、OMP遺伝子のプロモーター制御下でSema7Aを全ての嗅細胞に高発現させる遺伝子改変マウスの樹立を試みた。その結果、嗅覚系の臨界期に、全ての嗅細胞でSema7Aを一様に高発現している遺伝子改変マウスを2系統、計画通りに得ることに成功したため。
Strategy for Future Research Activity	1) 臨界期の操作が匂い刷り込み記憶に与える影響の解析我々は、マウス嗅覚系の臨界期は嗅細胞で神経活動依存的に発現するSema7Aと、生後一週間に限定して僧帽細胞で発現するPlxnC1の相互作用によって規定されていることを報告した。そこで昨年度は臨界期を操作するために、OMP遺伝子のプロモーターを用い、Sema7Aを全ての嗅細胞で一様に高発現させる遺伝子改変マウスの樹立を試み、成功した。本来は、外環境に存在する匂いリガンドの影響を受けてSema7Aの発現量が増加し、嗅細胞の軸索と僧帽/房飾細胞の樹状突起間のシナプス形成が促進される。しかしこのマウスでは、Sema7Aの発現量に差がなくなるため、特定の匂いに限定した刷り込み記憶が生じなくなると予想される。今年度はこのマウスを用いて、糸球体サイズの肥大化や、刷り込んだ匂いに対する愛着行動の発現などにどのような影響が生じるかについて詳細な解析を行う。 2) 匂い刷り込み現象のメカニズムの解明先天的な忌避反応は、新生仔の臨界期における匂い学習によって可塑的に修正される。我々は、新生仔の臨界期に特定の匂いをかがせると、例え先天的に忌避性の匂いであっても、成長後それに対して誘引行動を示すようになることを示した。興味深い事に、離乳期になると母親が不在であっても、同腹仔と一緒にいることで匂い学習が成立することも見出している。既に、これら後天的匂い学習によって、先天的忌避回路の一部である視床下部傍室核、内側扁桃体、分界条床核の活動が抑制されるというデータも得ている。そこで本研究ではさらに、記憶した匂い情報の誘引的な質感がどこに蓄えられ、後天的学習を介してどのように先天的忌避の回路が抑制されるのかについて、薬理遺伝学的手法などを用いて明らかにする。以上の実験で得られる結果については、国内外の学会で発表するのみならず、国際誌への投稿を目指す。