学習記憶に関わる新規分子の発見と神経系における動態・機能の解明

2015 年度 実績報告書

• 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: 25115010
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 飯野 雄一 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40192471)
• 研究分担者: 饗場 篤 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (20271116)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: 線虫 / マウス / 学習 / 長期記憶 / TOR経路

研究実績の概要

１）短期記憶、特に刺激強度の記憶：線虫は、餌を与えて飼育されていた際の塩濃度を記憶し、その塩濃度に向かう。この神経機構について明らかにするために、自由行動中の線虫を追尾しながらカルシウムイメージングにより神経活動を測定する装置を用いて実験を行った。その結果、感覚神経から介在神経に至る段階で、応答が経験により正逆に変化することを見出した。
２）記憶シグナルの細胞間転移：化学走性行動とその可塑性に異常を示す変異体としてTOR経路の変異体を見出した。TORC1複合体とTORC2複合体とで寄与が異なることを明らかにし、下流因子についても同定した。さらに、一部は腸で働くことを明らかにした。これにより、腸から神経へのシグナルの存在が示唆された。
３）長期記憶、短期から長期への固定化：この実験については。繰り返し条件づけにより2時間および4時間の時点での記憶の保持が向上することが確認されたが、より長期の記憶を形成する条件を模索している。
４）一細胞での分別記憶の機構：糖走性の機構を行動レベルで解析した。さらに、細胞特異的レスキュー実験により、糖走性にはASELおよび他の複数の神経が関わることを明らかにした。ASELはNa+も受容し、糖走性もNa+走性も経験依存に変化する。ASELおよび介在神経を光刺激する実験により、経験により介在神経への伝達が変化することが示唆された。
５）マウスにおける学習関連遺伝子の機能解析：マウスの3つのカルシンテニン遺伝子を破壊した遺伝子改変マウスの作成を試みた。３つの遺伝子に対するguide RNAとCas9 mRNAを受精卵へ微小注入し子孫を得た。変異を塩基配列レベルで特定し、いろいろな組み合わせで3つの遺伝子に変異をもつ集団が得られていることを確認した。RT-PCRや組織染色により、これらの一部についてmRNAや蛋白質が消失していることも確認した。

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

概ね予定通りである。

今後の研究の推進方策

１）はさらに他の神経も測定し、論文にまとめる。２）も現在投稿後のリバイス中であり、追加実験を行って発表する。３）は引き続き記憶の長さに影響を与える要因を探索する。４）は糖走性については関与する神経の感覚応答を測定する実験などを実施する。光刺激実験については光刺激に対する神経応答を測定する実験系を構築したので、その実験を完了させ、論文にまとめる。５）は交配によってそれぞれの組み合わせの多重変異株を作成し、組織染色実験と行動実験を行い、カルシンテニンファミリーの機能についての包括的な理解の達成を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Optogenetic activation of axon guidance receptors controls direction of neurite outgrowth. (2016)
  • 著者名/発表者名: Endo, M., Hattori, M., Toriyabe, H., Ohno, H., Kamiguchi, H., Iino, Y., and Ozawa, T.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 6 ページ: 23976
  • DOI: 10.1038/srep23976.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A possible aid in targeted insertion of large DNA elements by CRISPR/Cas in mouse zygotes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Harumi Nakao, Takeshi Harada, Kazuki Nakao, Hiroshi Kiyonari, Kenichi Inoue, Yasuhide Furuta and Atsu Aiba
  • 雑誌名: Genesis 巻: 54 ページ: 65-77
  • DOI: 10.1002/dvg.22914
  • 査読あり
• [雑誌論文] Territories of heterologous inputs onto Purkinje cell dendrites are segregated by mGluR1-dependent parallel fiber elimination. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Ichikawa, Kouichi Hashimoto, Taisuke Miyazaki, Motokazu Uchigashima, Miwako Yamasaki, Atsu Aiba, Masanobu Kano, and Masahiko Watanabe
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 113 ページ: 2282-2287
  • DOI: 10.1073/pnas.1511513113.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulation of different behavioral components by neuropeptide and dopamine signalings in non-associative odor learning of Caenorhabditis elegans. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamazoe-Umemoto, A., Fujita, K., Lino, Y., Iwasaki, Y., and Kimura, K.D.
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 99 ページ: 22-33
  • DOI: 10.1016/j.neures.2015.05.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for Na+ transport mechanism by a light-driven Na+ pump. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kato, H.E., Inoue, K., Abe-Yoshizumi, R., Kato, Y., Ono, H., Konno, M., Hososhima, S., Ishizuka, T., Hoque, M.R., Kunitomo, H., Ito, J., Yoshizawa, S., Yamashita, K., Takemoto, M., Nishizawa, T., Taniguchi, R., Kogure, K., Maturana, A.D. ;Iino, Y., Yawo, H., Ishitani, R., Kandori, H., Nureki, O.
  • 雑誌名: Nature 巻: 521 ページ: 48-U347
  • DOI: 10.1038/nature14322
  • 査読あり
• [雑誌論文] A role for Ras in inhibiting circular foraging behavior as revealed by a new method for time and cell-specific RNAi. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hamakawa, M., Uozumi, T., Ueda, N., Iino, Y., and Hirotsu, T.
  • 雑誌名: Bmc Biology 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s12915-015-0114-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comprehensive behavioral phenotyping of a new Semaphorin 3F mutant mouse. (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsuda, I; Shoji, H; Yamasaki, N; Miyakawa, T; Aiba, A
  • 雑誌名: Mol Brain 巻: 9 ページ: 15
  • DOI: 10.1186/s13041-016-0196-4.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 線虫C. エレガンスの摂食状態に依存した行動変化を司る分子機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大野速雄、井田隆徳、加藤紳也、内藤泰樹、國友博文、富岡征大、飯野雄一
  • 学会等名: 第30回日本糖尿病・肥満動物学会
  • 発表場所: 大宮ソニックシティ（埼玉県さいたま市）
  • 年月日: 2016-03-11 – 2016-03-12
  • 招待講演
• [学会発表] 線虫C.エレガンスの塩濃度の記憶と走化性の分子・神経機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 國友博文、飯野雄一
  • 学会等名: 包括脳冬のシンポジウム
  • 発表場所: 一橋大学一橋講堂学術総合センター（東京都千代田区）
  • 年月日: 2015-12-17 – 2015-12-19
• [学会発表] 線虫の化学走性における定位行動の神経機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤陽介、佐藤博文、國友博文、飯野雄一
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第82回日本生化学会大会 合同大会）
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 線虫C. elegansの記憶学習に関わるDAF-16/FOXO転写因子の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 永嶋宇、富岡征大、飯野雄一
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第80回日本生化学会大会 合同大会）
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] Roles of a ClC chloride channel CLH-1, which is required for salt chemotaxis of Caenorhabditis elegans. (2015)
  • 著者名/発表者名: 桜井裕樹、朴燦賢、飯野雄一、國友博文
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第82回日本生化学会大会 合同大会）
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 線虫C. elegansの飢餓学習において餌情報を伝達するインスリン様ペプチドの探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 後屋敷舞、富岡征大、飯野雄一
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第82回日本生化学会大会 合同大会）
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 線虫C. elegansの糖濃度走性を制御する神経機構の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 片江 圭太、富岡 征大、上岡 雄太郎、飯野 雄一
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第82回日本生化学会大会 合同大会）
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 線虫C. elegansのインスリン/PI3キナーゼ経路による塩濃度学習の制御機構の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 池 泰明、姜 涛、富岡 征大、飯野 雄一
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第82回日本生化学会大会 合同大会）
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] Dissecting the roles of primary interneurons that regulate memory-dependent salt concentration chemotaxis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kunitomo, Hirofumi Sato, Yohsuke Satoh, and Yuichi Iino
  • 学会等名: 20th International C. elegans Meeting
  • 発表場所: Los Angeles, U.S.A.
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] In vivo imaging of diacylglycerol signaling in a taste receptor neuron involved in salt-concentration memory (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Ohno, Y. Iino
  • 学会等名: 20th International C. elegans Meeting
  • 発表場所: Los Angeles, U.S.A.
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] A gustatory neural circuit for experience-dependent salt chemotaxis in C. elegans (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Sato, Hirofumi Kunitomo, Xianfeng Fei, Koichi Hashimoto, Yuichi Iino
  • 学会等名: 20th International C. elegans Meeting
  • 発表場所: Los Angeles, U.S.A.
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] TOR signaling pathway is involved in regulation of salt chemotaxis learning. (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoko Sakai, Masahiro Tomioka, Hayao Ohno, Hirofumi Kunitomo, Yuichi Iino.
  • 学会等名: 20th International C. elegans Meeting
  • 発表場所: Los Angeles, U.S.A.
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] A Neural Circuit of Caenorhabditis elegans for Memory-Dependent Na+ Chemotaxis (2015)
  • 著者名/発表者名: L. WANG, M. TOMIOKA, H. KUNITOMO, Y. IINO
  • 学会等名: 20th International C. elegans Meeting
  • 発表場所: Los Angeles, U.S.A.
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular and Neural Circuit Mechanisms for Experience-Dependent Modulation of Chemotaxis (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Iino
  • 学会等名: Gordon Research Conference "Modulation of Neural Circuits & Behavior"
  • 発表場所: Hong Kong, China
  • 年月日: 2015-06-21 – 2015-06-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 糖尿病学2015（6章シナプスにおけるインスリン/PI3K経路と記憶学習） (2015)
  • 著者名/発表者名: 富岡征大、飯野雄一
  • 総ページ数: 168（うち8）
  • 出版者: 診断と治療社