2022 Fiscal Year Research-status Report
Regulation of memory by activity-dependent functional changes in dopaminergic neurons
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21K15186
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
木矢 星歌 金沢大学, 生命理工学系, 研究協力員 (40793196)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 神経科学 / 記憶 / 学習 / 即初期遺伝子 / 初期応答遺伝子 / 性行動 / 昆虫 / ドーパミン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多くの動物は過去の経験から学習し、記憶によって行動を変化させることで生存や生殖の競争を勝ち抜こうとする。私はこれまでにショウジョウバエを用いて、神経活動依存的に発現する初期応答遺伝子Hr38が長期記憶の維持に必要であることを見出した。また、一部のドーパミン神経におけるHr38の発現が長期記憶の維持に関わることを明らかにした。本研究では、ショウジョウバエの求愛条件付けをモデルとして、神経活動が遺伝子発現を介してドーパミン神経の機能を制御し、ひいては記憶を制御する新規な神経メカニズムの解明を目指す。特に、神経活動依存的なHr38の発現に着目し、それによって記憶に関わるドーパミン神経に起こる変化、及びその変化がもたらされる分子機構について、遺伝学的・生理学的・分子生物学的アプローチから明らかにする。
本年度中は、脳の性決定に重要な遺伝子であるfruitlessを発現するドーパミン神経の一部におけるHr38の発現が記憶の成立に重要であることを確認した。これまでの研究で、これらの細胞においてHr38を過剰発現させると、本来ならば短期記憶しか成立しない短時間の条件付けでも長期記憶が成立する事が分っている。令和5年度には、同じ細胞群でRNAiを発現させてHr38のノックダウンを行い、ドーパミン神経全体でのノックダウンと同じように長期記憶の維持に障害が見られるかを検証する。さらに、Hr38の発現量によってドーパミン神経の形態が変化するかを明らかにする予定である。
また、令和4年度にはこれまでの研究内容をまとめ論文の執筆を行った。令和5年度中に本論文の投稿と出版を目指している。
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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
本年度は感染症対策を行いながらハエを用いた研究を行うことが出来た。これによりHr38の過剰発現によるショウジョウバエの求愛条件付け学習への影響を再検討した。また、リモートワークを行っていた期間を利用して、これまでの研究結果をまとめた論文の執筆が出来たことは成果であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
・学習前後におけるドーパミン神経の形態解析。 Hr38の哺乳類ホモログNr4a1は、アクチンの発現を制御することで神経細胞の樹状突起形態を変化させることが報告されている。ショウジョウバエのドーパミン神経においてHr38が神経細胞の形態に影響するかを検証するため、ドーパミン神経を蛍光タンパク質で標識し、Hr38発現依存的に樹状突起部分の形態が学習前後で変化するかを調べる。また、GFP融合アクチンをドーパミン神経に発現させ、学習依存的な発現変化を観察する。
・カルシウムイメージングによるドーパミン神経の活動解析。 学習によってドーパミン神経の活動様態が変化するかを明らかにするため、カルシウムイメージング解析を行う。ドーパミン神経にカルシウムセンサーを発現させた雄を顕微鏡下で半拘束状態にし、in vivoでのイメージングを行う。雌を刺激として提示し、接触させた際の神経活動を解析するほか、基底状態の神経活動を学習前後で比較する。さらに、Hr38発現の有無で神経活動パターンがどう変化するかを調べる。
・fruitless発現ドーパミン神経の活動と記憶との関連の解析。 fruitlessを発現するドーパミン神経におけるHr38の発現が記憶に影響することをこれまでに明らかにした。そこで、これらの神経を光遺伝学的手法によって人為的に活性化あるいは抑制させ、記憶への影響が見られるかを検証する。
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| Causes of Carryover |
ショウジョウバエの飼育計画を部分的に変更したため、昆虫飼育の器具や餌代を一部使用しなかった。令和5年度にはこれを含めて昆虫飼育の費用として使用する予定である。
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