2019 Fiscal Year Research-status Report
Mechanisms of memory formation and generation of adaptive behavior
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19K06952
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
國友 博文 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20302812)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 記憶と学習 / 線虫 / 走化性 / 味覚 / ClCチャネル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
記憶と学習の機構の解明は神経科学の重要課題の一つである。線虫C.エレガンスは環境の塩濃度と餌の有無を関連付けて記憶し、探索行動を調節する。この学習には1個の味覚神経細胞からの塩情報の入力が必要十分であり、過去に経験した塩濃度の履歴がその細胞におけるジアシルグリセロール（DAG、脂質の一種）の濃度変化として記憶される。本研究は線虫の味覚学習をモデルとして、感覚記憶の形成、およびその記憶に基づいて行動が調節される機構を解明する。また、味覚神経におけるイオン感知のメカニズムを分子レベルで明らかにすることを目指している。これらの目的のため、おもに3つの課題に取り組んでいる。（1）味覚神経の軸索におけるDAGレベルの制御機構の解明、（2）シナプス伝達極性が反転する機構の解明、（3）塩濃度学習に関わる新規遺伝子の機能解明。
今年度は（3）の課題で大きな進展があった。ClC型クロライドチャネルは線虫からホニュウ類まで保存された陰イオンチャネルファミリーで、細胞膜や細胞内小器官の膜で機能し筋や神経の応答を調節すると考えられている。このファミリーに属するClC-1遺伝子の変異は、先天性ミオトニアと呼ばれる遺伝病を引き起こす。我々は、線虫がもつClCチャネルのひとつ、clh-1遺伝子の変異体が塩走性に異常を示すことを見出していた。CLH-1チャネルの役割を明らかにするため、変異体の行動解析、味覚神経およびその下流ではたらく介在神経の神経活動の測定、電気生理学実験を行った。その結果、CLH-1は味覚神経が塩濃度の変化を正確に感知するのに必要であり、変異体では味覚神経が活動したときの塩化物イオンの透過性が大きいことが明らかになった。また、個体が示す塩走性の欠損は、味覚神経と介在神経の応答の異常によってもたらされることが明らかになった。これらの成果をまとめ、論文を投稿中である。
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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
CLH-1の機能解析では、行動の定量的解析、細胞特異的遺伝子発現による機能細胞の同定、細胞内のカルシウムおよび塩化物イオンレベルのライブイメージングを用いた神経活動の観察、ClCチャネル遺伝子の多重変異体等の遺伝学的解析に加えてチャネルの性質を電気生理学実験により調べ、多角的な解析を実施した。研究成果は大学院生1名の学位論文にまとめられた。学術誌に投稿中の論文はリバイズ実験の途中でCOVID19への対応によって研究が制限される事態となっているが、技術的な困難など、それ以外に遂行を妨げる特段の要因は見当たらない。
（1）の味覚神経の軸索におけるDAGレベルの制御機構の解明は、所属研究室内で進められている類似研究課題と重複する内容を含むため、現時点では休止している。
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| Strategy for Future Research Activity |
塩刺激に対する味覚神経の応答にCLH-1が関与することを明らかにした。行動解析や電気生理実験により変異型チャネルの性質をさらに調べ、投稿中の論文の採択を目指す。
味覚神経（ASER）から一次介在神経（AIB）へのシナプス伝達の符号が飼育塩濃度に依存して反転することを明らかにしており、これが塩走性行動の違いを生じる原因の一つであると推定される。上記（2）の課題では、シナプス伝達極性の反転の仕組みを明らかにする。興奮性・抑制性いずれの伝達にもAIBで発現するAMPA型グルタミン酸受容体GLR-1が関与する。プレシナプス細胞で符号を反転させる機構としては、二相性の伝達特性が考えられる。膜電位の測定と介在神経応答の同時計測によりこれを確かめる。伝達物質の量や種類に応じて後シナプス側の応答性が変わる可能性がある。抑制性の伝達を担う受容体を同定する。ASERからの情報は並列して処理されるため、他の介在神経が関わっている可能性もある。ASERはグルタミン酸に加えて神経ペプチドを放出すること、またASERで発現するNLP-3とNLP-1が塩走性に関与することを見出している。遺伝学的スクリーニングを行って受容体遺伝子を同定、細胞特異的レスキュー実験により機能細胞を決定し、塩濃度学習における作用機序を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
消耗品を大容量で購入することにより、おもにプラスチック器具の購入費用を抑制できた。COVID19対策のため年度末に研究活動が制限され出費が抑制された。これらの理由により次年度使用額が発生した。研究活動再開時には研究計画に沿って支出する予定である。但し、2020年度は多くの学会が中止、延期またはオンライン開催を予定しており、研究成果発表旅費の支出は予定より減少すると見込まれる。
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Research Products
(7 results)
