2020 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 |
学習は脳が示す高度に統合的な認知機能の一つである。我々は記憶と学習の仕組みを分子・細胞レベルで解明することを目指している。これには、行動を定量的に評価でき、遺伝学的アプローチに優れ、個々のニューロンおよび神経回路の活動を容易にモニターできるモデル生物の利用が適している。本研究は線虫C. エレガンス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、現在はおもに以下の課題に取り組んでいる。（1）シナプス伝達極性が反転する機構の解明、（2）塩濃度学習に関わる新規遺伝子の機能解明。
（2）について、昨年度に引き続きClC型クロライドチャネルの機能解明を推進し、研究成果を学術論文として出版した。ClC型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である。細胞膜や細胞内小器官の膜ではたらき筋や神経の応答を調節する。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。アフリカツメガエル卵を用いた電気生理実験の結果、変異体のチャネルは過分極に依存した細胞内への電流の流入量が小さくなることが明らかになった。また、個体が示す塩走性の欠損は、味覚神経および介在神経の塩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た論文をeLife誌に出版した。
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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
COVID19対応のため、2020年度は期間を通じて多少とも研究活動には制約があった。そのような状況の中、clh-1の機能解析について投稿論文のリバイズ実験を進めた。ゲノム上の全ClC遺伝子を欠損した6重変異体を作製し表現型を解析した。また東京大学大気海洋研究所 神田真司准教授との共同研究により、変異型CLH-1チャネルの電気生理学的性質を調べた。これらはいずれも順調に結果を得ることができた。
シナプス伝達極性の調節機構の解明でも進展があった。線虫が餌を経験した塩濃度に向かう味覚学習では、味覚神経から介在神経へのシナプス伝達の極性が「反転」する。すなわち、このシナプス伝達は、餌とともに高い塩濃度を経験した条件では興奮性、低い塩濃度を経験した条件では抑制性の伝達を示す。変異体を用いた解析から、介在神経ではたらく抑制性ングルタミン酸受容体が抑制性の伝達に寄与することが明らかになった。この成果は現在登校中である。なお、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 |
シナプス伝達特性の調節機構について投稿中の論文の採択を目指す。これに関連して、上述の味覚神経と介在神経の間のシナプス伝達はグルタミン酸によって担われている。遺伝子コード型蛍光レポーターを用いて味覚神経からのグルタミン酸放出をモニターした結果、伝達極性の決定は後シナプス細胞（介在神経）側で行われていることを支持する結果が得られた。これについても論文の出版を目指す。
変異体の行動解析から、味覚学習には神経ペプチドも関与することが示唆されている。これまでに、NLP-3は高い塩濃度への走性を促進することが明らかになっている。また、飢餓を経験した塩濃度の忌避にNLP-1が寄与する結果が得られている。遺伝学的スクリーニングを行ってこれらの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、味覚学習における作用機序を明らかにする。線虫のゲノムには約160の神経ペプチド遺伝子が同定されている。候補遺伝子スクリーニングによって、味覚学習に関わるペプチドの同定を進める。
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| Causes of Carryover |
投稿論文のリバイズ実験を既設の設備と消耗品で賄うことができたため、予想外に支出が少なかった。消耗品をまとめて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の活動制限により予定していた学会が中止またはオンライン開催となり、研究成果発表のための費用がほとんど支出されなかった。これらの理由により次年度使用額が生じた。老朽化した設備の更新を前倒しするなど支出計画を再考し、計画に沿って支出する予定である。
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