2021 Fiscal Year Research-status Report
Molecular and neural mechanisms that plant steroid hormone regulates insect memory
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20K21307
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
木矢 剛智 金沢大学, 生命理工学系, 准教授 (90532309)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 植物ステロイドホルモン / Hr38 / NR4A / ショウジョウバエ / ミツバチ / ドーパミン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、昆虫の行動は植物ステロイドホルモンを介した記憶増強によって植物側から操作されている、という大胆な仮説の証明とその分子神経機構の解明にある。本研究者は最近、植物ステロイドホルモンには昆虫の脳に作用して記憶を増強する作用があることを見出した。これは従来考えられてきた植物が昆虫に従属する関係とは逆に、植物が昆虫の行動を操作する機構を進化的に獲得してきた可能性を示すものである。本研究では、訪花性昆虫のモデルとしてミツバチの働き蜂を、分子遺伝学的解析のモデルとしてショウジョウバエを用い、植物ステロイドホルモンが昆虫の脳機能や行動に作用する分子神経機構を明らかにし、本仮説をメカニズムに裏打ちされた形で証明することを目指す。
昨年度までの結果より、Hr38はドーパミン細胞で機能することが長期記憶に重要であることを見出していたので、今年度は、この神経回路に植物ステロイドホルモンが作用するかということを検証した。まず、植物ステロイドホルモンがどの程度の濃度で作用するのかということを検証した。具体的には様々な濃度の植物ステロイドホルモンを餌に混ぜて与えたショウジョウバエを用い、求愛可塑性の測定によって、長期記憶形成を促進する閾値を決定した。次にその閾値を十分に超す濃度で植物ステロイドホルモンを与えた個体を用い、ドーパミン細胞でHr38をノックダウンした場合に、長期記憶形成の促進が障害されるか検証した。その結果、Hr38を記憶学習時特異的にドーパミン細胞でノックダウンすると、植物ステロイドホルモンの作用が消失することが確認された。本結果により、植物ステロイドホルモンはドーパミン細胞のHr38に作用していることが明らかとなった。
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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
昨年度までの研究により、Hr38が植物ステロイドホルモンの受容体として、ドーパミン細胞で機能しているとの仮説を立てることができた。本年度は、まず、植物ステロイドホルモンがどの程度の濃度で作用するのかということを検証した。具体的には様々な濃度の植物ステロイドホルモンを餌に混ぜて与えたショウジョウバエを用い、ショウジョウバエの生得的行動を利用した、求愛条件付けという方法を用いて、長期記憶形成を促進する閾値を決定した。次に、仮説を検証するため、その閾値を十分に超す濃度で植物ステロイドホルモンを与えた個体を用い、ドーパミン細胞でHr38をノックダウンした場合に、長期記憶形成の促進が障害されるか検証した。その結果、Hr38を記憶学習時特異的にドーパミン細胞でノックダウンすると、植物ステロイドホルモンの作用が消失することが確認された。本結果により、植物ステロイドホルモンはドーパミン細胞のHr38に作用していることが明らかとなった。
また、ショウジョウバエ個体を用いた学習のアッセイに加え、Hr38と植物ステロイドホルモンの関係を分子レベルで理解するため、ショウジョウバエの培養細胞S2を用いたアッセイの構築を進めた。本年度は細胞を培養してルシフェラーゼアッセイを行うことが出来る環境を整えた。次年度において、本実験系を利用して、どのような分子機構でHr38は植物ステロイドホルモンを受容しているのか解析するための準備が整った。
上記の事項より、研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度以降は、当初の計画通り、以下の解析を行う
１．植物ステロイドホルモンが制御する分子カスケードの解明：植物ステロイドホルモンは転写因子であるHr38を介して遺伝子発現を制御することで長期記憶を誘発していると考えられる。そこで本研究ではHr38によって制御される遺伝子をRNA-Seqによって同定し、長期記憶における役割を明らかにする。
２．植物ステロイドホルモンのHr38による受容機構：Hr38にコファクターがあり、これがHr38の様々なステロイドホルモンとの結合能を付与している可能性がある。このコファクターをMass spectrometryによって同定し、植物ステロイドホルモンによってHr38が活性化される分子機構を明らかにする。
３．Hr38が植物ステロイドホルモンを受容する分子機構の解明：Hr38のどのドメインが植物ステロイドホルモンの受容に関わっているのかということを、GAL4とのキメラタンパク質を用いたルシフェラーゼアッセイによって明らかにする。
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| Causes of Carryover |
本年度、RNA-Seq解析を行う予定であったが、行動解析および転写活性解析が思いの外進捗したため、そちらまで手が回らなかった。来年度の予算において、費用の掛かる実験を行う予定である。
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