2017 Fiscal Year Research-status Report
摂食神経回路をモデルとした連合学習に伴うシナプス可塑性の単一細胞レベルでの解析
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16K18375
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
櫻井 晃 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 主任研究員 (50749041)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 脳・神経 / 記憶 / 生理学 / 遺伝学 / ショウジョウバエ / 連合学習 / シナプス可塑性 / オプトジェネティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、連合学習に伴う分子・細胞というミクロなレベルでのシナプスの可塑的変化と、マクロな脳機能の発露としての動物行動の変化を、同時観察によって結びつけ、単一細胞レベルの解像度で理解することを目的とする。学習の神経基盤を理解するためには、まず学習による行動の変化をとらえ、その行動を制御する神経回路を同定し、その中で行動の変化を主に担う箇所を同定した後に、学習の細胞メカニズムの解析へと進む必要がある（Tukahara et al., 1981）。これまでに、神経活動やシナプス形態のライブイメージングのために開頭したショウジョウバエに対して、古典的条件付けを行う新しい学習実験パラダイムの開発に成功し、学習によって摂食行動が変化するのに伴い、摂食神経回路の要に位置するFeeding neuronの活動が変化することを明らかにした。そこで、行動の変化を担う主要な可塑的変化がFeeding neuronでおこるのかを明らかにするために、本年度は光遺伝学的な手法を用いて、学習中にFeeding neuronの不活性化を行う実験系を構築した。具体的には、ハロロドプシン（eNpHR3.0）をFeeding neuron特異的に発現する系統を作出し、脳を露出させて光を照射した。まず脳全体に光を照射したところ、抑制効果が観られた光の強さでは、ハエが衰弱することが分かった。そこで、レーザー光をFeeding neuron周辺に限局して照射し、光の強さや照射時間を複数条件試した結果、照射中には顕著な摂食行動の抑制が観察される一方で、照射後は摂食行動に影響が観られない条件を見つけることができた。学習中に任意のタイミングで神経活動を操作することで、記憶の直接原因となるシナプスを同定する準備が整った。また、生理食塩水の成分を見直した結果、開頭状態での学習実験をより安定して長時間行うことが可能となった。
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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
予定通りに、光遺伝学的な手法を用いて、学習中に任意のタイミングでFeeding neuronの活動を抑制する実験系を構築することができたため。脳への光照射によるダメージも最小限に抑える条件を見つけることができた。さらに、生理食塩水の成分を見直したところ、脳を露出させた状態でより安定して長時間の学習実験を行うことが可能となり、記憶が長期的に保持される分子細胞メカニズム解明にアプローチする道を拓くことができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
学習・記憶の分子細胞メカニズムを解明するために、学習による行動の変化を担うシナプスの同定を試みる。そのために、本年度に構築した光照射実験系を用いて、Feeding neuron上のシナプスの可塑的変化と記憶形成との対応関係を追求する。具体的には、条件刺激と無条件刺激の対呈示中に光を照射してFeeding neuronの活動抑制を行い、Feeding neuron上ではシナプスの強化を抑制した場合に記憶形成が阻害されるかを調べる。対照実験として、条件刺激と無条件刺激の対呈示中は光を照射せず、対呈示と対呈示の合間に光照射を行い、記憶形成への影響を観察する。Feeding neuron上のシナプスの可塑的変化が記憶形成を担っているのであれば、前者のプロトコルによってのみ記憶形成が阻害されることが期待される。
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| Causes of Carryover |
光遺伝学実験に用いたレーザー光源や光学素子を所属機関から借り受けることができたことが次年度使用額が生じた主な理由である。引き続き光遺伝学実験を行う予定であるので、光学系を含む装置の整備と改良、そして必要となる試薬類の購入のために使用する。また、研究成果を論文として発表するために英文校閲及び投稿に必要となる費用の支払いにあてる。
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