2016 Fiscal Year Research-status Report
CREB活性化パターンから明らかにする記憶の獲得・固定化・読み出し機構
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15K06699
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山崎 大介 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教 (80588377)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ショウジョウバエ / 記憶 / キノコ体 / CREB |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ショウジョウバエ脳のキノコ体をCREBレポーター陽性細胞（CRE-p)とレポーター陰性細胞（CRE-n)に区分けして、嗅覚記憶におけるそれぞれの役割を解析している。CRE-p細胞の活性が罰記憶に、CRE-n細胞の活性が報酬記憶に常に必須であり、罰記憶を形成・維持・読み出すためにはCRE-p細胞が活性化し、CRE-n細胞が不活性化することで、反対に、報酬記憶を形成・維持・読み出すためにはCRE-n細胞が活性化し、CRE-p細胞が不活性化されることが示唆され、両者が阻害的に働くことを行動実験によって前年度に示した。
本年度は光遺伝学とライブイメージングを用いて、それらが阻害的に働くかどうかを共同研究によって調べた。CRE-p細胞でCsChrimsonを発現させ、光依存的にCRE-p細胞を活性化させたときにキノコ体でのカルシウムレベルを測定したところ、CRE-n細胞でカルシウムレベルの減少が見られた。反対に、CRE-n細胞を活性化させたときには、CRE-p細胞でのカルシウムレベルの減少が見られた。CRE-p細胞とCRE-n細胞は解剖学的には直接シナプスを形成しているわけではないため、この現象は両者の下流経路を介して再びキノコ体に再入力するフィードバック機構によるものだと考えられる。
また、CRE-p細胞、CRE-n細胞の下流にあたるキノコ体出力細胞群（MBON）から、CRE-p細胞はMBONγ5β'2a/β'2mp細胞、CRE-n細胞はMBONγ2α'1細胞へ機能的な相互作用があることが行動実験の結果からわかった。これらの成果をまとめて現在論文に投稿している。
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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
当初ライブイメージングの実験は、CRE-pあるいはCRE-n細胞でshibire遺伝子やdTrpA1遺伝子を用いて温度制御による神経活動の活性化・不活性化の影響を測定する計画であったが、温度変化によってカルシウムインジケーターの蛍光変化が見られたため、光遺伝学に切り替えた。光遺伝学においてもCRE-n細胞が光刺激に反応してしまう現象が見られたため、CRE-p細胞の活性化による影響を測定しにくい問題があるが、CRE-p細胞による抑制が強く、明らかな変化が見られたため再現性のあるデータが得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
光遺伝学を利用した解析が本研究に適していることがわかったので、別のインジケーターや光依存的な抑制系ツールを用いてCRE-p/CRE-n細胞の特性を詳細に調べていく。この過程で、キノコ体からMBONを経由してキノコ体への入力細胞の経路があることが示唆されているので、それらの経路もおおまかにであるが明らかにしていく。
また、本研究で得られたデータはCREBが罰記憶にのみ必要で報酬記憶に必要ないということを示している。一方で報酬記憶においても長期記憶にタンパク質合成は必要であると示されていることから、CRE-n細胞ではCREBとは別の転写因子を介した長期記憶依存的なタンパク質合成が起こっていると考えられる。これは本計画外ではあるが、両細胞のトランスクリプトーム解析をすることでCRE-n細胞で働く転写因子の探索を行ってみたい。
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| Causes of Carryover |
論文投稿を優先したため、当初計画していたトランスジェニックフライの作製が年度末に遅れ、支出が次年度になった。また、光遺伝学系の利用にあたって現行ツールでは検出力が低い条件で測定せざるを得ないということもわかり、ハエ作製を改良する時間も必要となった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度の結果から、CREB活性は罰記憶と報酬記憶の形成・維持・読み出し、あるいは快・不快の情報を司る細胞を分けるために利用されることが示唆された。特に、CRE-p細胞の抑制は罰記憶にのみ影響があり、報酬記憶には影響しないため、CREB活性は不快情報の決定因子の側面が強い。とすれば快情報の決定因子が存在する可能性があり、CRE-p/n細胞のトランスクリプトーム解析によりその同定に注視したい。
また、かねてからの計画である光遺伝学系のハエの作製およびその影響を測定するためのレポーターの改良も同時に進めていく。
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Research Products
(4 results)
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[Presentation] Two parallel pathways assinging opposite odor valences in Drosophila olfactory memory2017
Author(s)
Yamazaki, D., Hiroi, M., Abe, T., Maeyama, Y., Ohtsubo-Minami, M. and Tabata, T
Organizer
Structure and Function of the Insect Mushroom Body
Place of Presentation
Virginia (USA)
Year and Date
2017-03-05 – 2017-03-08
Int'l Joint Research
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