The clarification of acetylcholine-PAK signaling in aversive learning and cognitive memory formation

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K16370
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 47040:Pharmacology-related
• Research Institution: Fujita Health University (2020-2021); Nagoya University (2019)
• Principal Investigator: Yamahashi Yukie 藤田医科大学, 総合医科学研究所, 助教 (00793481)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: アセチルコリン / PAKキナーゼ / ドネペジル / 忌避学習 / 認知機能 / シナプス / 側坐核 / 海馬

Outline of Final Research Achievements

Acetylcholine (ACh) is a neuromodulator critical for learning and memory and has been one of the targets for treating Alzheimer’s disease. The aim of this study is to clarify the intracellular ACh signaling that regulates learning and memory. We have found the followings: 1) PAK facilitates structural synaptic plasticity in accumbal D2-type medium spiny neurons (D2R-MSNs), which resulted in enhanced aversive learning, 2) donepezil enhances aversive learning by activating PAK in D2R-MSNs, and 3) donepezil activates PAK in CA1 region of hippocampus, the region responsible for cognitive memory. The findings suggest that ACh-PAK pathway regulates aversive learning and cognitive memory through structural synaptic plasticity.

Free Research Field

神経薬理学、神経化学、生化学、分子生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、学習・記憶を制御するアセチルコリンの神経細胞内におけるシグナル伝達機構を明らかにし、認知症治療薬ドネペジルの細胞内における作用機序の解明にも繋げることができた。更に、アセチルコリンがシナプス形態可塑性の制御にも関わるという新たな機能を示唆した。忌避学習や認知記憶が、アルツハイマー型認知症治療薬のスクリーニングの評価に使われている。このことから、本研究で同定したアセチルコリンのシグナル伝達経路の構成分子が治療標的に繋がることが期待される。