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老齢の親から生まれた子の記憶能力の低下現象とその原因の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K06310
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分44050:動物生理化学、生理学および行動学関連
研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

松本 幸久  東京医科歯科大学, 統合教育機構, 准教授 (60451613)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードフタホシコオロギ / 長期記憶 / 加齢 / 嗅覚学習 / 次世代 / メラトニン
研究開始時の研究の概要

「子の出生時の親の歳が、子の認知機能に関わる」という現象が、ヒトを含めいくつかの動物種で報告されている。申請者は最近、昆虫のフタホシコオロギの嗅覚報酬学習系において、「老齢の親コオロギから生まれた子では長期記憶形成能が低下する」という現象を見出した。ただしこの現象の特徴、原因、改善法についてはほとんどわかっていない。本研究は行動薬理学的手法や分子生物学的手法などを用いてこれらの問題の解明を目指す。

研究実績の概要

「子の出生時の親の歳が、子の認知機能に関わる」という現象が、ヒトを含めたいくつかの動物種で報告されている。近年、申請者は昆虫のフタホシコオロギにおいて、「老齢の親コオロギから生まれた子では嗅覚報酬学習の長期記憶形成能が著しく低下する」ことを発見した。本研究の初年度において、この「子の記憶能力に影響する親の加齢効果」現象は3世代目では回復すること、父親コオロギよりも母親コオロギの加齢の影響がより強いことがわかった。
本研究の2年目にあたる本年度は、「子の記憶能力に影響する親の加齢効果」が、嗅覚報酬学習以外の学習課題でも一般的に見られる現象であるかを調べるために、成虫脱皮3週齢の老齢親から生まれたG1(老齢Jr.)に嗅覚罰学習訓練を行い、1日後の長期記憶を調べた。その結果、老齢Jr.では嗅覚罰学習の長期記憶が全く形成されず、「子の記憶能力に影響する親の加齢効果」は、学習パラダイムに関わらず一般的に見られる現象であることが示唆された。
次に、抗酸化剤であるメラトニンの長期投与が、老齢親から生まれた子の記憶形成能の低下を改善できるかどうかを調べた。親コオロギ(G0)が成虫脱皮から25日齢の老齢コオロギになるまでメラトニンを飲み水に混ぜて与え、その卵から孵ったG1(メラトニン投与老齢Jr.)の長期記憶を調べたところ、正常なレベルの長期記憶が形成された。すなわち親への抗酸化物質の長期投与が、子の記憶能力低下を改善できたと言える。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は、コオロギの嗅覚報酬学習で見られる「子の記憶能力に影響する親の加齢効果」が、嗅覚報酬学習以外の学習課題でも見られる現象なのかを調べた。申請者は、匂い刺激と罰刺激(食塩水)を連合させる嗅覚罰学習パラダイムをすでに開発している。そこで、成虫脱皮3週齢の老齢親から生まれたG1(老齢Jr.)と、成虫脱皮1週齢の若齢親から生まれたG1(若齢Jr.)とをそれぞれ飼育し、成虫脱皮1週齢の時に、それぞれ嗅覚罰学習訓練を行い、1日後の長期記憶を調べ比較した。その結果、老齢Jr.の訓練1日後の学習スコアは若齢Jr.のものに比べ有意に低かった。すなわち、老齢Jr.では嗅覚罰学習の長期記憶が形成されないと言える。この結果から「子の記憶能力に影響する親の加齢効果」は、嗅覚報酬学習以外の学習課題でも一般的に見られる現象であることが示唆された。
次に、子の記憶形成能の低下を改善する方法を探索した。「子の記憶能力に影響する親の加齢効果」現象が親の生殖細胞の酸化ストレスによるダメージに起因するのであれば、メラトニンなどの抗酸化剤により予防できる可能性がある。そこで親コオロギ(G0)が成虫脱皮してから25日齢の老齢コオロギになるまでメラトニンを飲み水に混ぜて与え、採卵した。その卵から孵ったG1(メラトニン投与老齢Jr.)が成虫脱皮1週齢の時に嗅覚報酬学習訓練を行い1日後の長期記憶を調べた。対照群は同じタイミングで蒸留水を与えた老齢コオロギのG1(DW投与老齢Jr.)である。その結果、DW投与老齢Jr.では長期記憶が全く形成されなかったのに対し、メラトニン投与老齢Jr.では長期記憶が形成された。すなわち親へのメラトニンの長期投与が、子の記憶能力低下を改善できたと言える。
以上のことから、本年度の達成度を「(2)おおむね順調に進展している」とした。

今後の研究の推進方策

抗酸化物質であるメラトニンを親コオロギに長期投与することにより、親コオロギが老齢時にできた子の記憶能力低下が改善されたことから、「子の記憶能低下現象」の原因は親コオロギの生殖細胞のDNAが加齢に伴い酸化ストレスダメージを受けたことによるものと申請者は考えた。そこで生殖細胞(精原細胞や卵母細胞)ついて、それらの染色体数、酸化ストレス量、発現遺伝子を調べる。染色体数は性腺(精巣や卵巣)をスライドグラス上に押しつぶし、ギムザ染色した後に顕微鏡観察して調べる。加齢に伴う発現変動遺伝子(DEGs)は、性腺からRNAを抽出してRNA-seq解析を行い、DEGsをKEGG pathway解析、Gene Set Enrichment Analysisにて評価し、老化関連遺伝子群のネットワーク解析を行う。酸化ストレス量の測定では、酸化ストレスマーカーとしてスーパーオキシドジスムターゼ、グルタチオン、マロンジアルデヒドを、測定キットなどを使って測定する。いずれも老齢コオロギと若齢コオロギの生殖細胞で調べ、両者の間で比較する。
老齢コオロギのG1(老齢Jr.)では、報酬学習でも罰学習でも、長期記憶が形成できないことがわかった。すでに申請者は、コオロギの長期記憶形成にはNO-cGMP系、cAMP系などのシグナル伝達系が重要な働きをしていることを見出している。そこで老齢Jr.の脳ではこれらのシグナル伝達系の働きが低下している可能性がある。それを確かめるために、老齢Jr.が成虫脱皮10日齢の時に脳を取り出し、これらのシグナル伝達系で働く生体分子をそれぞれ測定する。例えばcAMP, cGMPなどの低分子は高速液体クロマトグラフ質量分析器(LC-MS)で測定し、NO合成酵素、PKAなどの酵素はリアルタイムPCRでmRNAの発現量を測定する。対照群の若齢親から生まれたG1(若齢Jr.)でも同様の測定を行う。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Roles of octopamine neurons in the vertical lobe of the mushroom body for the execution of a conditioned response in cockroaches2023

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Chihiro Sato、Matsumoto Yukihisa、Mizunami Makoto
    • 雑誌名

      Neurobiology of Learning and Memory

      巻: 203 ページ: 107778-107778

    • DOI

      10.1016/j.nlm.2023.107778

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] <i>oskar</i>acts with the transcription factor Creb to regulate long-term memory in crickets2023

    • 著者名/発表者名
      Kulkarni Arpita、Ewen-Campen Ben、Terao Kanta、Matsumoto Yukihisa、Li Yaolong、Watanabe Takayuki、Kao Jonchee A.、Parhad Swapnil S.、Ylla Guillem、Mizunami Makoto、Extavour Cassandra G.
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 120 号: 21

    • DOI

      10.1073/pnas.2218506120

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Social contexts mediate reward systems in a cricket Gryllus bimaculatus2023

    • 著者名/発表者名
      Kanta TERAO, Yutaka KOSAKI, Yusuke MARUYAMA, Kazuki WATANABE, Kosuke KATAOKA, Atushiko HATTORI, Yukihisa MATSUMOTO
    • 学会等名
      Non-Traditional Arthropod Model Systems: Studying Form and Function (NTrMS)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フタホシコオロギ Gryllus bimaculatusにおける消去2023

    • 著者名/発表者名
      寺尾勘太, Beatriz ALVAREZ, 神前裕, 松本幸久, 水波誠
    • 学会等名
      日本動物学会関東支部第75回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Melatonin eliminates the negative effects of parental age on the memory formation ability of offspring in crickets2023

    • 著者名/発表者名
      Yukihisa MATSUMOTO
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第45回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Extinction and renewal in classical conditioning in an insect2023

    • 著者名/発表者名
      Kanta TERAO, Beatriz ALVAREZ, Shun FUJIMAKI, Yutaka KOSAKI, Yukihisa MATSUMOTO, Makoto MIZUNAMI
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第45回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [図書] 最先端コオロギ学 -世界初!新しい生物学がここにある-2022

    • 著者名/発表者名
      野地澄晴、青沼仁志、石丸善康、大内淑代、片岡孝介、酒井正樹、下澤楯夫、富岡憲治、西野浩史、濱田良真、坂東哲哉、松本幸久、水波誠、三戸太郎、宮脇克行、由良敬、渡邉崇人、渡邊崇之
    • 総ページ数
      242
    • 出版者
      北隆館
    • ISBN
      9784832610125
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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