学習遺伝子ネットワーク構築

• 研究課題/領域番号: 16011222
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 細野 隆次 金沢大学, 医学部, 教授 (40019617)
• 研究分担者: 佐々 壽浩 金沢大学, 医学部, 助手 (90235309)
• 研究期間 (年度): 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2004年度: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
• キーワード: C.elegans / 学習 / キネシン / 記憶

研究概要

学習に伴う記憶形成機構解明、特に記憶形成に働く遺伝子ネットワーク構築を目的として、C.elegansを用い機械的タップ刺激による学習行動解析法を確立した。この方法で多数の学習異常変異体を分離することに成功した。分離された変異体の1株(cn350)はマッピング、塩基配列を決定したところ、osm-3亜株であることが判明した。osm-3遺伝子はanterograde-directed moter蛋白質として機能するキネシン蛋白質をコードしている。キネシンは軸索輸送に必須な因子である。しかし、キネシンが学習にどのように寄与しているかについては、あらゆる生物を通じて全く検討されていない。そこで、OSM-3キネシンの学習への寄与を分子遺伝学的手法で調べた。cn350はキネシンモータードメイン78番GlyがSerに変異していた。osm-3遺伝子変異にはcn350に加え5亜種分離され変異部位も決定されている。これら6亜株は何れもNaClの存在と飢餓を組み合わせた連合学習、あるいは機械的タップ刺激による非連合学習ともに異常で、しかもその表現型が異なっていた。EPG法を用いた電気生理学的手法でacetylcholine, GABAの運動性ニューロンからの放出を調べると何れも異常で、かつその程度が異なっていた。
突然変異体分離と並行して、cDNAマイクロアレイを利用した網羅的遺伝子解析を行った。その結果、タップ刺激に伴い、第一令幼虫、成虫で250前後の遺伝子発現が変化することを見い出した。そのうち両発生段階で共通して発現変化する、およそ30遺伝子に注目した。in situ法で発現を見ると、8遺伝子が頭部中枢神経系で強い発現が観察された。これらについて、RNAi法で遺伝子をノックアウトすると3遺伝子が学習異常となった。