線虫の温度走性を行動モデルとする記憶・学習の制御機構

• 研究領域: 多様性から明らかにする記憶ダイナミズムの共通原理
• 研究課題/領域番号: 16H01272
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 森 郁恵 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (90219999)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2017年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2016年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
• キーワード: 意思決定 / 行動遺伝学 / C.elegans / GTPase(OLA-1) / doublecortin-like kinase / GTPase (OLA-1)

研究実績の概要

これまでの研究から、線虫温度走性における意思決定を制御するOLA-1 および DCLK-1 は多数の神経細胞に発現していた。線虫の温度走性行動は、AFD、AIY、AIZ およびRIAからなるシンプルな神経回路が主体となって駆動される(Mori and Ohshima, Nature 1995)。そこで、OLA-1が機能する神経細胞の特定を試みたところ、OLA-1遺伝子の機能細胞は複数存在し、線虫の過去の経験の違いに応じて、OLA-1は異なる細胞で意思決定を制御していることを見いだした。高温飼育された個体の意思決定の際には、OLA-1はAFD温度受容ニューロンで機能するのに対し、低温飼育された個体においては、AVK, RMG, BAGなどのこれまでに温度走性行動に関与することが知られていなかった神経細胞で働くことが示唆されていた。そこで、本年度においては、OLA-1が高温飼育された個体において、AFD温度受容ニューロンの温度応答性を制御するのかを検証した。AFDニューロンにカルシウムプローブを発現させた野生株、およびola-1変異体を作成し、カルシウムイメージングを行なったところ、ola-1変異体のAFDニューロンは、温度刺激に対して顕著な異常を示さなかった。このことから、OLA-1はAFDニューロンで機能するが、その作用はカルシウム流入よりも下流のプロセスにあることが示唆された。
また、OLA-1が、飢餓体験による温度走性行動の意思決定に関与するかを検討した。野生株の線虫は、一定の温度で餌のない条件で飼育されたのちに温度勾配上に置かれると、飢餓を体験した飼育温度には誘引されなくなる。一方で、ola-1変異体は飢餓体験後も飼育温度に誘引されることを見出した。このことから、OLA-1は飢餓体験による意思決定にも重要な役割を果たしていることが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 線虫の温度走性行動における神経活動による温度空間勾配のエンコーディング (2018)
  • 著者名/発表者名: 塚田祐基, 森郁恵
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 58 号: 1 ページ: 031-033
  • DOI: 10.2142/biophys.58.031
  • NAID: 130006322050
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SLO potassium channels antagonize premature decision making in C. elegans (2018)
  • 著者名/発表者名: Aoki M, Tateyama M, Shimomura T, Ihara K, Kubo Y, Nakano S, Mori I.
  • 雑誌名: Cold Spring Harbor Laboratory bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/243220
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Axially-confined in vivo single-cell labeling by primed conversion using blue and red lasers with conventional confocal microscopes (2017)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi Atsushi、Kimura Yukiko、Mori Ikue、Nonaka Shigenori、Higashijima Shin-ichi
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 59 号: 9 ページ: 741-748
  • DOI: 10.1111/dgd.12412
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lifespan extension by peroxidase and dual oxidase-mediated ROS signaling through pyrroloquinoline quinone in C. elegans. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sasakura H, Moribe H, Nakano M, Ikemoto K, Takeuchi K,
  • 雑誌名: J Cell Sci. 巻: 130 号: 15 ページ: 2631-2643
  • DOI: 10.1242/jcs.202119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of animal behavioral strategies by inverse reinforcement learning (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi S, Honda N, Ikeda M, Tsukada Y, Nakano S, Mori I and Ishii S
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 129007 ページ: 129007-129007
  • DOI: 10.1101/129007
  • NAID: 120006469168
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Learning, memory and decision-making in C. elegans thermotaxis (2018)
  • 著者名/発表者名: Kondo, R., Jurado, P., Aoki, I., Nakano, S., Mori, I.
  • 学会等名: 術領域研究「多様性から明らかにする記憶ダイナミズムの共通原理」平成29年度班会議
• [学会発表] Neural mechanisms underlying behavioral switching among exploitation and exploration modes in the nematode C. elegans (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama J. H., Tsukada Y., Tsukamoto S., Yamao M., Honda N., Ishii S., Mori I.
  • 学会等名: 定量生物学の会 第8回年会
  • 発表場所: 岡崎カンファレンスセンター, 岡崎
  • 年月日: 2017-01-08
• [学会発表] 線虫を用いた感覚-介在神経細胞間の単一シナプスレベル機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 塚田祐基, 森郁恵
  • 学会等名: 2017年度 生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] BK potassium channels regulate learning speed in C. elegans (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki, I., Tateyama, M., Shimomura, T., Ihara, K., Kubo, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 第48回生理研国際シンポジウム
  • 国際学会
• [学会発表] 温度受容神経細胞のシステム同定と温度環境の再構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 塚田祐基, 森郁恵
  • 学会等名: 第60回自動制御連合講演会
• [学会発表] BK potassium channels regulate learning speed in C. elegans (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki, I., Tateyama, M., Shimomura, T., Ihara, K., Kubo, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 内藤記念科学振興財団第44回内藤コンファレンス
• [学会発表] Information Flow through Local Neural Circuits that Integrate Sensory Input and Behavioral Output during a C. elegans Navigation Behavior (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, M., Nakano, S., Giles, A. C., Mori, I.
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Functional analysis of ipsilateral neuronal connection at synaptic level (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsukada, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Neural mechanisms underlying behavioral switching among exploitation and exploration modes in the nematode C. elegans (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama, J.H., Tsukada, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] BK potassium channels regulate learning speed in C. elegans (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki, I., Tateyama, M., Shimomura, T., Ihara, K., Kubo, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Identification and analysis of multifunctional neurons in a C. elegans thermotaxis behavior (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, M., Nakano, S., Giles, A. C., Mori, I.
  • 学会等名: 21st International C.elegans Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Neural mechanisms underlying behavioral switching in thermotaxis of C. elegans. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama, J.H., Tsukada, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 21st International C.elegans Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Laser axotomy and optogenetics for functional analysis of ipsilateral neuronal connection at synaptic level. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsukada, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 21st International C.elegans Conference
  • 国際学会
• [学会発表] The C. elegans MAST Kinase Acts through Stomatin and Diacylglycerol Kinase to Regulate Thermotaxis Behavior (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakano, S., Ikeda, M., Giles, A. C., Suzuki, T., Sano, A., Kondo, R., Higashiyama, T., Mori, I.
  • 学会等名: 21st International C.elegans Conference
  • 国際学会
• [学会発表] BK potassium channels regulate learning speed in C. elegans (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki, I., Tateyama, M., Shimomura, T., Ihara, K., Kubo, Y., Mori, I.
  • 学会等名: 21st International C.elegans Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Epilepsy-related mutations in SLO-2 K+ channel slow down learning speed in C. elegans. (2016)
  • 著者名/発表者名: Aoki I., Tateyama M., Shimomura T., Ihara K., Mori I.
  • 学会等名: 生理学研究所国際研究集会"Towards elucidation of memory engram"
  • 発表場所: 岡崎カンファレンスセンター, 岡崎
  • 年月日: 2016-12-05
  • 国際学会
• [学会発表] Epilepsy-related mutations in SLO-2 BK potassium channel slow down a behavior change in C. elegans (2016)
  • 著者名/発表者名: Aoki I., Ihara K., Mori I.
  • 学会等名: C.elegans Topic Meeting Ce Neuro2016
  • 発表場所: 豊田講堂, 名古屋
  • 年月日: 2016-07-27
  • 国際学会
• [学会発表] Local Neural Circuits Integrating Sensory Input and Behavioral Output during a C. Elegans Navigation Behavior (2016)
  • 著者名/発表者名: Ikeda M., Nakano S., Giles A. C., Mori I.
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 横浜
  • 年月日: 2016-07-20
• [学会発表] Unveiling principle of neural circuits underlying learning, memory and decision-making (2016)
  • 著者名/発表者名: Ikue Mori
  • 学会等名: Sciece Lecture at Department of Life Sciences, Pekin University
  • 発表場所: Pekin University, Beijin
  • 年月日: 2016-05-27
  • 招待講演
• [学会発表] 線虫行動と神経回路の包括的解析から記憶、学習、意思決定のメカニズムを探る (2016)
  • 著者名/発表者名: 森郁恵
  • 学会等名: 第34回日本生理心理学会大会
  • 発表場所: 豊田講堂, 名古屋
  • 年月日: 2016-05-14
  • 招待講演
• [図書] "Molecular Mechanisms of learning in C. elegans",In: Learning and Memory: A Comprehensive Reference 2nd Edition (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki I., Nakano S. and Mori I.
  • 総ページ数: 2402
  • 出版者: Elsevier
  • ISBN: 9780128051597
• [備考] 森研究室のウェブページへようこそ
  • URL: http://elegans.bio.nagoya-u.ac.jp/~lab/index.html
• [備考] 名古屋大学理学研究科ニューロサイエンス研究センター
  • URL: https://nsi.bio.nagoya-u.ac.jp/jp/
• [備考] Welcome to Molecular Neurobiology
  • URL: http://elegans.bio.nagoya-u.ac.jp/~lab/index.html