学習記憶能力を賦与するホルモンの脳内作用メカニズムの解明

• Project Area: Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems
• Project/Area Number: 26115522
• 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: Teikyo University
• Principal Investigator: 本間 光一 帝京大学, 薬学部, 教授 (90251438)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2015: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2014: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 神経科学 / 行動学 / 脳・神経 / 動物 / 薬学

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、メモリープライミングの分子的な実体の解明に進展が見られた。これまでメモリープライミングを引き起こすT3の下流には、神経細胞棘突起内のアクチンの重合状態の変化があることを見出していたが、この変化を定量的に検出する系を確立した。この技術を確立することによって、記憶と神経微細構造の細胞骨格の変化を定量的かつ継時的に調べることが可能になると期待される。

方法は、繊維状アクチンと特異的に結合するペプチドを脳内神経細胞にウイルスを用いて遺伝子導入して発現させ、刷り込み学習によって、棘突起内の繊維状アクチン量がどのように変動するかを解析した。この系を利用した結果、刷り込み学習のトレーニングによる繊維状アクチンの増加とT3による減少効果が拮抗することを明らかにした。すなわち刷り込みが起こる際には、アクチン重合と脱重合が一過的に激しくなり、記憶が成立すると元の定常状態に戻ることが明らかになった。この一過的なアクチン重合の変化の間で、記憶成立に重要な生化学的反応が起こっていることが考えられる。T3の受容体は細胞内に存在し、T3と結合すると他の遺伝子発現に関与するとともに、非遺伝子的な作用によって刷り込み記憶の成立に必要な反応をもたらし、神経微細構造内のアクチン骨格に変化をもたらすと考えられる。これまで学習記憶依存のアクチン骨格の変動の報告はいくつかあるが、本研究のように学習能力を与えるホルモンの作用と、学習トレーニングとを組み合わせた解析は初めてであり意義深い。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Involvement of nucleotide diphosphate kinase 2 in the reopening of the sensitive period of filial imprinting of domestic chicks (Gallus gallus domesticus) (2016)
  • Author(s): Yamaguchi S, Aoki N, Takehara A, Mori M, Kanai A, Matsushima T, Homma KJ.
  • Journal Title: Neurosci Letter Volume: 612 Pages: 32
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2015.12.004
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Critical role of the neural pathway from the intermediate medial mesopallium to the intermediate hyperpallium apicale in filial imprinting of domestic chicks (Gallus gallus domesticus) (2015)
  • Author(s): Aoki N, Yamaguchi S, Kitajima T, Takehara A, Katagiri-Nakagawa S, Matsui R, Watanabe D, Matsushima T, Homma KJ.
  • Journal Title: Neuroscience. Volume: 308 Pages: 115
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2015.09.014
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Expression of the voltage-sensing phosphatase gene in the chick embryonic tissues and in the adult cerebellum (2014)
  • Author(s): Yamaguchi, S., Aoki, N., Kitajima, T., Okamura, Y. and Homma, K. J.
  • Journal Title: Communicative & Integrative Biology Volume: 7 Issue: 5 Pages: 1-4
  • DOI: 10.4161/19420889.2014.970502
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Potential role of voltage-sensing phosphatases in regulation of cell structure through the production of PI(3,4)P₂ (2013)
  • Author(s): Yamaguchi S, Kurokawa T, Taira I, Aoki N, Sakata S, Okamura Y & Homma KJ
  • Journal Title: J. Cell Physiol. Volume: 229 Issue: 4 Pages: 422
  • DOI: 10.1002/jcp.24463
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ニワトリヒナにおいて甲状腺ホルモンは学習経験依存の学習促進効果をもたらす (2016)
  • Author(s): 武原顕彦、青木直哉、山口真二、本間光一
  • Organizer: 日本動物学会第６８回関東支部大会
  • Place of Presentation: 神奈川大学横浜キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-12
• [Presentation] Critical role of the novel neural pathway in the cerebrium in filial imprinting of newly-hatched domestic chicks (2016)
  • Author(s): 山口真二、青木直哉、本間光一
  • Organizer: Integrative Network Linking Multiple Brain Areas for Behavioral Adaptation
  • Place of Presentation: 同志社大学 寒梅館
  • Year and Date: 2016-03-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 鳥類刻印付けにおけて大脳背側部IMHAは獲得・想起に必要である (2015)
  • Author(s): 青木直哉、山口真二、北島孝明、本間光一
  • Organizer: 第67回日本動物学会関東支部大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学先端生命医科学センター
  • Year and Date: 2015-03-14
• [Presentation] 甲状腺ホルモンは、刷り込み学習の感受性期の開始を決定し、その後の学習のプライマーとして働く (2014)
  • Author(s): 山口真二、青木直哉、松島俊也、本間光一
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
  • Year and Date: 2014-10-15
• [Presentation] 鳥類刻印付けの成立に大脳後背側部IMHAは必須である (2014)
  • Author(s): 青木直哉、山口真二、北島孝明、松島俊也、本間光一
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] Thyroid hormone confers 'memory priming' to start the sensitive period of imprinting in birds. (2014)
  • Author(s): 本間光一
  • Organizer: 2014 International Congress of Neuroethology,Hokkaido（招待講演）
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-07-28
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hormonal regulation of the sensitive period for filial imprinting in domestic chicks. (2014)
  • Author(s): 山口真二、青木直哉、本間光一
  • Organizer: 2014 International Congress of Neuroethology,Hokkaido Neuroethology workshops
  • Place of Presentation: 北海道大学理学部生命科学科
  • Year and Date: 2014-07-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neural circuits of the sensitive period triggered by thyroid hormones in filial imprinting. (2014)
  • Author(s): 青木直哉、山口真二、本間光一
  • Organizer: 2014 International Congress of Neuroethology,Hokkaido Neuroethology workshops
  • Place of Presentation: 北海道大学理学部生命科学科
  • Year and Date: 2014-07-26
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 帝京大学薬学部ホームページ
  • URL: http://www.pharm.teikyo-u.ac.jp/
• [Remarks] 帝京大学教員情報
  • URL: https://www.e-campus.gr.jp/staffinfo/public/staff/detail/450/16