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2014 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

Planned Research

Project AreaPrinciples of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems
Project/Area Number 25115008
Research InstitutionThe 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)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 江島 亜樹  東京大学, 農学生命科学研究科, 講師 (00548571)
村上 智史  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教 (10463902)
山崎 大介  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教 (80588377)
廣井 誠  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教 (80597831)
Project Period (FY) 2013-06-28 – 2018-03-31
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
Outline of Annual Research Achievements

(1)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)を検出するために、学習したことを示す独立した指標が必要である。KCsのアウトプット神経群(MBONs)が全て同定されたことを利用して、その神経群から代表的なもの2種を選んで、記憶痕跡の解析を行った。通常の行動実験装置で学習させ、ショックと連合させた匂いCS+及び連合させなかった匂いCS-に対する応答を計測する。これらは片半球1ないし2つの神経細胞だけからなり、容易に識別できるので、異なった個体間でもCS+とCS-の差をとることで記憶前後の差(記憶痕跡)を検出することが可能であり、事実2種の神経で記憶痕跡を同定した。顕微鏡下での連合学習によっても再現されたことから、顕微鏡下で記憶を形成することが可能となった。
(2)匂い罰/報酬連合学習による記憶形成におけるCREB応答細胞の機能を探った。その結果、KCsのg細胞群はCREでラベル細胞(CRE-p)と残りの細胞(CRE-n、前述のgdを含む)に2分され、2時間罰記憶の獲得、固定、想起、すべての過程にCRE-pが必要であり、CRE-nは阻害的に働くことがわかった。逆に、報酬記憶では獲得、固定、想起、すべての過程にCRE-nが必要であり、CRE-pは阻害的に働く。このように相反するvalenceに機能する記憶スイッチを見出した。哺乳類の扁桃体にも類似の気候があるかもしれない。
(3)KCsで強く発現するrgk1はGTPaseをコードし、2時間記憶形成に必要であり、過剰発現によりcAMP経路とは独立に記憶形成が亢進することを見出した。
(4)ショウジョウバエオスの求愛意欲を抑制するフェロモン成分cVAへの「匂いの馴化」の神経生理学的解析を行った。神経活性マーカーGCaMPを用いたリアルタイムイメージングにおける薬理学的スクリーニングにより、抑制性神経伝達物質GABAの関与を明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

(1)MBONsの応答を指標とすることによって顕微鏡下で匂い学習が形成されうることを示すことができたのは懸案を解決し、大きな進歩であった。異なった波長特性のGCaMPを発現させることで、複数の神経群の応答を識別できる。MBONsの応答を内部標準とすることで個体ごとに回路が異なるKCsの応答を解析し記憶痕跡を解析することが可能になった。
(2)bidirectional switch(2時間罰記憶の獲得、固定、想起、すべての過程にCRE-pが必要であり、CRE-nは阻害的に働き、逆に、報酬記憶では獲得、固定、想起、すべての過程にCRE-nが必要であり、CRE-pは阻害的に働く)を発見したことは記憶形成機構の研究一般に大きな貢献ができるのではないかと考えている。
(3)rgk1がcAMP経路と独立に機能している可能性を示したことは重要であると考える、加えて過剰発現により記憶が亢進することも注目に価する、記憶形成機構の新たな面を明らかにできるかもしれない。
(4)関与する神経伝達物質を同定には、当初RNAiを用いた遺伝学スクリーニングを予定していたが、手法を変更し、阻害剤を用いた薬理学的スクリーニングにより目的を達成した。

Strategy for Future Research Activity

(1)KCs,MBONsさらにはKCsにドーパミン依存的にUSシグナルを伝達すると考えられるDANsも加えてこれらの活動をCa濃度を指標にして解析し、究極にはこれらが形成するmicrocircuitの中に記憶痕跡を同定する。チャンネルロドプシンを使って特定の神経細胞を活性化しそれによってその下流の応答を見る手法を2光子顕微鏡下で使えるように準備する。
(2)この研究で発見したbidirectional switch(2時間罰記憶の獲得、固定、想起、すべての過程にCRE-pが必要であり、CRE-nは阻害的に働き、逆に、報酬記憶では獲得、固定、想起、すべての過程にCRE-nが必要であり、CRE-pは阻害的に働く)が機能する機構の解明に焦点を当てる。CRE-pとCRE-nに相互抑制機構はあるか、あるとすればそれはMBONsとDANsを含めたmicrocircuitを通してか?ほぼ全ての神経が同定されているがCRE-pとCRE-nを識別して回路をつくっているような神経群を同定した記載はない。CRE-pとCRE-nそれぞれの機能を担うMBONsの同定が鍵となるかもしれないので5種知られているg細胞とシナプスを形成するMBONsの機能解析を行う。また、機能イメージングとCRE-pおよびCRE-nの活動阻害実験を組み合わせて相互抑制の可能性について探る。
(3)rgk1の機能解析を続け、どのような信号伝達系で働いているかを明らかにしたい。もしcAMP経路と独立であれば記憶形成機構の理解に貢献すること大であろう。
(4)嗅覚感受性を可塑的に制御する中枢神経回路を明らかにする。嗅覚一次中枢内で発現する様々なドライバーを用いてGABA受容体遺伝子の発現を特異的に阻害し、GABAの入力を受ける神経グループを同定する。

  • Research Products

    (12 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] The NAV2 homolog Sickie regulates F-actin-mediated axonal growth in Drosophila mushroom body neurons via the non-canonical Rac-Cofilin pathway.2014

    • Author(s)
      Abe T, Yamazaki D, Murakami S, Hiroi M, Nitta Y, Maeyama Y, Tabata T.
    • Journal Title

      Development

      Volume: 141 Pages: 4716-4728

    • DOI

      10.1242/dev.113308.

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Glial dysfunction causes age-related memory impairment in Drosophila.2014

    • Author(s)
      Yamazaki D, Horiuchi J, Ueno K, Ueno T, Saeki S, Matsuno M, Naganos S, Miyashita T, Hirano Y, Nishikawa H, Taoka M, Yamauchi Y, Isobe T, Honda Y, Kodama T, Masuda T, Saitoe M.
    • Journal Title

      Neuron

      Volume: 84 Pages: 753-763

    • DOI

      10.1016/j.neuron.2014.09.039.

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] The NAV2 homolog Sickie regulates F-actin-mediated axonal growth in Drosophila mushroom body neurons via the non-canonical Rac-Cofilin pathway.2015

    • Author(s)
      阿部崇志、山崎大介、村上智史、廣井誠、新田陽平、前山有子、多羽田哲也
    • Organizer
      2015 Annual Drosophila Research Conference.
    • Place of Presentation
      シカゴ(アメリカ)
    • Year and Date
      2015-03-04 – 2015-03-08
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ショウジョウバエの目から:モデル動物の比較行動学2014

    • Author(s)
      江島亜樹
    • Organizer
      日本動物行動学会第33回大会
    • Place of Presentation
      長崎大学(長崎県長崎市)
    • Year and Date
      2014-11-03
  • [Presentation] ライバルは気にしない:嗅覚系フェロモン馴化と求愛意欲2014

    • Author(s)
      橘真一郎、東原和成、江島亜樹
    • Organizer
      日本動物行動学会第33回大会
    • Place of Presentation
      長崎大学(長崎県長崎市)
    • Year and Date
      2014-11-01 – 2014-11-02
  • [Presentation] Plastic control of olfactory pheromone coding for decent courtship decision in Drosophila.2014

    • Author(s)
      Shin-Ichiro Tachibana, Kazushige Touhara, Aki Ejima
    • Organizer
      Cold Spring Harbar Asia meeting, Neurobiology: Diverse Species and Conserved
    • Place of Presentation
      蘇州(中国)
    • Year and Date
      2014-09-15 – 2014-09-19
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A mushroom-body-specific small GTPase Rgk1 regulates the anesthesia-resistant component of Dorosophila olfactory memory.2014

    • Author(s)
      Satoshi Murakami, Maki Minami, Ryuichiro Nakato, Katsuhiko Shirahige, Tetsuya Tabata.
    • Organizer
      第37回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2014-09-11 – 2014-09-13
  • [Presentation] キイロショウジョウバエ嗅覚記憶中枢における匂い応答のライブイメージング解析2014

    • Author(s)
      廣井誠、多羽田哲也
    • Organizer
      第37回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2014-09-11 – 2014-09-13
  • [Presentation] CREBレポーターを用いたショウジョウバエ嗅覚記憶に関わる神経の解析2014

    • Author(s)
      上岡雄太郎、山崎大介、市之瀬敏晴、大坪真樹、廣井誠、多羽田哲也
    • Organizer
      第37回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2014-09-11 – 2014-09-13
  • [Presentation] Sickie, a human MAP Nav2 homolog, facilitates F-actin-mediated axonal growth in Drosophila MB neurons by relaying non-canonical Rac signaling to the Cofilin pathway.2014

    • Author(s)
      阿部崇志、山崎大介、村上智史、廣井誠、新田陽平、前山有子、多羽田哲也
    • Organizer
      第11回日本ショウジョウバエ研究会
    • Place of Presentation
      金沢歌劇座(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2014-06-04 – 2014-06-06
  • [Presentation] Genetic dissection of the mushroom bodies by CREB reporter flies that causes unique phenotypes in aversive olfactory memory.2014

    • Author(s)
      Daisuke Yamazaki, Makoto Hiroi, Maki Ohtsubo-minami, Tetsuya Tabata.
    • Organizer
      79th CSHL Symposium
    • Place of Presentation
      Cold Spring Harbor Laboratory(アメリカ)
    • Year and Date
      2014-05-30
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 多羽田哲也研究室ホームページ

    • URL

      http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/fly/htmls/index.htm

URL: 

Published: 2017-01-06  

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