Combining Ca2+/H+ imaging and electrophysiology in Drosophila circadian pacemaker neurons

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K16185
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 44050:Animal physiological chemistry, physiology and behavioral biology-related
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: MORIOKA Eri 富山大学, 学術研究部理学系, 助教 (80756122)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 中枢時計ニューロン / キイロショウジョウバエ / イメージング / 細胞内イオン濃度 / 発火頻度 / ミトコンドリア

Outline of Final Research Achievements

Fluorescent imaging analyses using multiple GFP-based fluorescent proteins, including ratiometric Ca2+/pH-sensitive fluorescent sensors (Yellow cameleon2.1, deGFP4, GCaMP6s and EYFP), revealed that there is an intracellular pH concentration rhythm in Drosophila pupal pacemaker neurons (LNs). We should note the technical difficulties in sensing Ca2+ with GFP-based Ca2+ sensors in LNs because most are acid sensitive. Electrophysiological analysis showed that action potential firing of adult pacemaker neurons (large-LNvs) is sensitive to pH perturbations, so circadian pH rhythms in LNs can theoretically influence circadian behavioural rhythms. Together with our previous results using mitochondrial cation antiporter (LETM1) knockdown flies, our findings indicate that mitochondrial LETM1 play an important role in intracellular pH rhythms and clock gene oscillations in LNs.

Free Research Field

時間生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、ショウジョウバエ体内時計ニューロンにおいて、ミトコンドリア内膜のイオン輸送体LETM1が、約24時間周期の細胞内イオン濃度リズムや時計遺伝子振動に不可欠であることを明らかにした。この成果は、これまで細胞核（時計遺伝子）を主に説明されてきた体内時計の分子振動メカニズムが、ミトコンドリアの強い関与を必要とすることを示すものである。哺乳類の時計中枢ニューロンにおいてもLETM1が同様の機能を果たすことから、本研究成果は、種を超えた時計中枢ニューロンに固有な細胞メカニズムを明らかにした重要な知見といえる。