2013 Fiscal Year Annual Research Report
ショウジョウバエの匂い記憶情報処理の時空間ダイナミズムの解明
Project Area | Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems |
Project/Area Number |
25115008
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
多羽田 哲也 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 教授 (10183865)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江島 亜樹 東京大学, 農学生命科学研究科, 講師 (00548571)
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Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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Keywords | ショウジョウバエ / 匂い記憶 / Caイメージング / 記憶痕跡 / CREB / 記憶の素過程 |
Research Abstract |
ショウジョウバエの記憶形成機構の研究を行った。 (1)ショウジョウバエの3次嗅覚系神経KCsにCaリポーターGCaMPを発現させて、細胞体および軸索束を4次元イメージングで観察することにより匂いコーディングや記憶痕跡を解析することができると考えている。軸索束でのシグナルを取得し、主成分分析を行うことによって、異なった匂いに対する神経応答パターンを解析する方法を確立し、発表した。 個体の観察法を改良することにより、顕微鏡下で匂いと電気ショックの連合学習を行い学習前後で異なる応答パターン(記憶痕跡)をより安定に検出できるようになった。 (2)CREBの結合配列を持つリポーター遺伝子の導入によりCRE細胞をラベルし、またその細胞で様々な遺伝子を発現することができるトランスジェニック系統を作成した。この系統を用いて匂い罰/報酬連合学習による記憶形成におけるCRE細胞の機能を探った。CRE細胞は長期記憶の誘導とともに増加するが、長期記憶形成前からKCsの中にも存在する。特にKCsのgamma神経の中のCRE細胞は機能的に他のKCsと異なり、2時間記憶の獲得、固定、想起、すべての過程に必要であることがわかった。 (3)KCsで発現する遺伝子の記憶形成における機能を調べ、記憶形成の分子メカニズムを明らかにするために、KCsで特異的に発現する2遺伝子を新たに同定し、その機能を調べた。少なくともそのうちの1つのGTPaseは麻酔耐性記憶に必要であることがわかった。(4)オスの求愛意欲を抑制するフェロモン成分cVAの長時間曝露により、cVA存在下においても活発な求愛を示す「匂いの馴化」が起こる事を新たに見いだした。神経活性マーカーGCaMPを用いてcVA応答嗅神経の活性を測定したところ、cVAの長時間刺激により嗅神経の感受性が低下している事が明らかになった。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(a)高速な2光子顕微鏡の導入および、ショウジョウバエ個体の固定法の改良などにより、イメージングデータを安定に取得できるようになった。記憶痕跡の解析には試行錯誤を繰り返してきたが、信頼性の高い結果が得られるようになってきたので、この解析に注力する。現在のところ、細胞体レベルで記憶痕跡を捉えているが、過去の低解像度の解析では、細胞体には痕跡が無い、という報告がある。また、最近の同様な低解像度の解析でgamma神経の軸索の一部に明瞭な痕跡(Caレベルの上昇)を認めた報告があるが、この結果とも一致していない。gamma神経に関しては脳の深い領域にあるために、蛍光強度の強いGCaMPを用いた解析の準備をしている。本研究は1細胞レベルの制度を目指しており、既報を注意深く検討しつつも、先入観に捕われず、正確な解析を目指すべきと考えている。(b)CRE細胞の解析は当初、CRE配列が長期記憶によりCREBに応答することを指標に記憶を司る細胞を同定することを目的にして始めた。しかし、長期記憶形成前からすでに多くの細胞が、CRE配列に依存した転写活性が見られており、セルアセンブリー研究のモデルになると考えた。2時間記憶を検証の場としてこれらのCRE細胞の気の解析を行い、上記の興味深い結果を得た。解析のためには時空間的に高度に遺伝子発現を制御することになり、複数の遺伝子を導入した系統を作出すると致死となることも多く、デザイン通りのトランスジェニック系統が得られない例もあり、苦慮している。哺乳類モデルで用いられているようなウイルスベクター系の開発も必要であるかもしれない。
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Strategy for Future Research Activity |
(1)KCsを中心に、記憶痕跡の解析に焦点を当てる。Caシグナルの変動を多変量解析の手法で解析し、記憶痕跡がどのような細胞動態を表しているかを明らかにする方法を開発する。電気ショックの代わりに、罰あるいは報酬刺激を伝達するドーパミン神経を人工的に刺激し、同様な手法で解析し罰および報酬記憶形成のメカニズムを解析する。Ca濃度に加えてcAMPシグナルや他のキナーゼ活性のリポーターを用いて同様の解析を行い、記憶における信号伝達機構の働きを細胞レベルで明らかにする。 (2)CRE細胞の機能解析を続ける。2時間罰記憶に限っていえば、KCs内のCRE細胞のみが必要である。そしてそれはほぼgamma細胞種に限られている。gammaの中の多くの細胞はCRE細胞であり、少数が非CRE細胞である。全Gamma細胞の出力を抑制しても獲得、固定には影響が無いが、CRE細胞のみを抑えると記憶が障害される。このことから、非CRE細胞は抑制的に働き、CRE細胞がそれを抑制することにより記憶を形成しているとおいう仮説を立てている。この仮説を検証するための実験を行う。Caイメージングなども導入し、さらにこのCRE細胞および非CRE細胞の機能、細胞間の情報伝達について理解を深める。 (3)KCsに特異的に発現しているGTPaseの働きを調べるために、GFPとの融合蛋白質を作成し、機能を持っていることを確認した。これを用いて、刺激あるいは記憶形成に伴いこのGTPaseの細胞内局在の変化などをモニターする。さらに、本遺伝子と遺伝学的に相互作用する遺伝子を合わせて解析し、麻酔耐性記憶形成における作用機序を明らかにし、麻酔耐性記憶のメカニズムの理解も目指す。(4)求愛意欲を抑制するオスフェロモン成分の経験依存的感受性制御機構の解明。嗅覚中枢特異的な発現ドライバーを用いたRNAiスクリーニングにより、匂いの馴化に関与する神経伝達物質を同定する。
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Research Products
(8 results)