Drosophila olfactory coding and memory

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems
• Project/Area Number: 25115008
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Tabata Tetsuya 東京大学, 定量生命科学研究所, 教授 (10183865)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 江島 亜樹 東京大学, 農学生命科学研究科, 特任講師 (00548571) ; 山崎 大介 東京大学, 定量生命科学研究所, 助教 (80588377) ; 廣井 誠 東京大学, 定量生命科学研究所, 助教 (80597831) ; 阿部 崇志 東京大学, 定量生命科学研究所, 助教 (70756824) ; 村上 智史 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教 (10463902)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2018-03-31
• Keywords: ショウジョウバエ / 報酬記憶 / 罰記憶 / 相互抑制 / キノコ体 / 扁桃体 / ドーパミン / 忘却

Outline of Final Research Achievements

During olfactory associative learning in Drosophila, odors activate specific subsets of intrinsic mushroom body (MB) neurons. We identify two classes of intrinsic MB γ neurons, γCRE-p and γCRE-n, which encode aversive and appetitive valences and act antagonistically. The mushroom body output neurons, MBON-γ5β’2a/β’2mp and MBON-γ2α’1, mediate the actions of γCRE-p and γCRE-n neurons.
We found that a single pair of GABAergic neurons (MBON-γ1pedc) inhibits the effects of dopaminergic neurons, resulting in the suppression of aversive memory acquisition during the odor presentation in the absence of electric shocks, but not during the odor presentation when shocked and thereby prevents an insignificant stimulus from becoming an aversive unconditioned stimulus. We also found RGK1, the RGK small GTPase is accumulated at the synaptic site in the MBs and enhances memory retention by suppressing Rac-dependent memory decay.

Free Research Field

神経生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究はMBsの内在神経自体が報酬と罰の価値情報（valence）をコードしていることを明らかにした。最近、マウスの扁桃体（MBsと機能的に相同と思われる）に正と負のvalenceを担う2種の神経系が相互抑制していることが報告され、この機構は進化上保存された根源的なものであることが示唆される。また、Rac1依存的な忘却の機構も哺乳類で報告されていることから本研究で明らかにされたRGK1と相同の分子機構が進化上保存されている可能性がある。今後も本実験系は１神経細胞レベルで記憶の基本的な機構の解明に寄与することが期待される。