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
| Project Area | Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems |
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| Project/Area Number |
25115008
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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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)
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)
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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 |
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| 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。
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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
（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。
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| 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。
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[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.
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Journal Title
Neuron
Volume: 84
Pages: 753-763
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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