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2021 年度 実績報告書

一酸化炭素を介したドーパミン放出機構の解明とその生物学的役割の同定

研究課題

研究課題/領域番号 19H01013
研究機関公益財団法人東京都医学総合研究所

研究代表者

齊藤 実  公益財団法人東京都医学総合研究所, 脳・神経科学研究分野, 副所長 (50261839)

研究分担者 上野 耕平  公益財団法人東京都医学総合研究所, 脳・神経科学研究分野, 副参事研究員 (40332556)
宮下 知之  公益財団法人東京都医学総合研究所, 脳・神経科学研究分野, 主席研究員 (70270668)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワードドーパミン / シナプス伝達 / ショウジョウバエ / 学習記憶
研究実績の概要

これまでの研究から嫌悪性匂い条件付けでは、記憶中枢キノコ体の神経細胞に対して、条件付け中だけでなく条件付け後にも持続するドーパミン(DA)放出があることを見出した。条件付け中に放出されるDAを停止しても正常に学習が起こるのに対して、条件付け後に放出されるDAを停止すると、顕著な学習障害が起こること、学習強化を担うことが明らかになった。またDA神経細胞のリアノジン受容体またはシナプス後部のキノコ体神経細胞の一酸化炭素合成酵素の発現を抑制することで、条件付け中のDA放出に大きな影響を与えず条件付け後DA放出が抑制されることが分かった。これらの遺伝学的手法では発現期から発現を抑制するため、観られた効果が発生学的影響による可能性を否定できない。
そこで本年度は化学遺伝学的手法を導入して、急性にDA神経細胞のリアノジン受容体またはキノコ体神経細胞の一酸化炭素合成酵素の活性を抑制しても条件付け後DA放出が抑制されることを確認した。一方、条件付け中のDA放出は嫌悪刺激に応じてグリア細胞から放出されるGluによるDA神経細胞のカイニン酸受容体の活性化に依存して起こることを明らかにした。さらにDA神経細胞のカイニン酸受容体発現を抑制すると条件付け中のDA放出が抑制されるが、条件付けは正常に成立することも確認した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

コロナ禍により予定していた研究協力者の協力が困難となり、薬理学的検証の実施が遅れ、その後計画していた行動薬理の実験も実施が遅延した。

今後の研究の推進方策

ex vivo解析の結果から、条件付け後のDA放出は、通常の電位依存性Ca2+チャンネルを介した細胞外Ca2+流入に依存した典型的シナプス伝達と異なり、細胞内貯蔵庫からのリアノジン受容体を介したCa2+流出に依存した非典型的シナプス伝達であることが示唆されている。しかし近年のコネクトーム解析等から、キノコ体神経細胞とDA神経細胞は相互に典型的シナプス伝達を行っていることが示唆されており、条件付け後DA放出にも、キノコ体神経細胞からDA神経細胞への典型的なシナプス伝達が関与する可能性は除外できない。そこで、条件付け後DA放出に対応したキノコ体神経細胞からDA神経細胞へのシナプス伝達が起きているか機能イメージング解析で検討すると共に、熱遺伝学的手法を用いて、キノコ体神経細胞からDA神経細胞へのシナプス伝達を停止させたときにも、条件付け後DA放出が起こるか否か、対応した条件付け学習の障害が起こるか否かを調べる。条件付け後DA放出が非典型的シナプス伝達である可能性に対して、条件付け中のDA放出は典型的シナプス伝達であることが示唆されている。そこでこれを検証するため、典型的シナプス伝達に関与するアクティブゾーン構成タンパク、電位依存性Ca2+チャンネルの発現をDA神経細胞で抑制して、条件付け中および条件付け後DA放出に与える影響を調べる。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Dopamine activity in projection neurons regulates short-lasting olfactory approach memory in Drosophila.2022

    • 著者名/発表者名
      Naganos S, Ueno K, Horiuchi J, Saitoe M.
    • 雑誌名

      Eur J Neurosci.

      巻: 56 ページ: 4558-4571

    • DOI

      10.1111/ejn.15766.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Age-related memory impairments are caused by alterations in glial activity at old ages.2022

    • 著者名/発表者名
      Motomi Matsuno, Minoru Saitoe.
    • 雑誌名

      Springer

      巻: Aging Mechanisms II ページ: 267-277

    • DOI

      10.1007/978-981-16-7977-3_16

  • [雑誌論文] A non-canonical on-demand dopaminergic transmission underlying olfactory aversive learning.2021

    • 著者名/発表者名
      Minoru Saitoe , Shintaro Naganos, Tomoyuki Miyashita, Motomi Matsuno, Kohei Ueno
    • 雑誌名

      Neurosci Res.

      巻: 178 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1016/j.neures.2021.12.008

    • 査読あり
  • [学会発表] Neuromolecular basis for flexible motor control in Drosophila.2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Suzuki, Minoru Saitoe.
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会
  • [学会発表] Localization of dopamine receptors and dopamine transporter in adult Drosophila brain.2022

    • 著者名/発表者名
      Motomi Matsuno, Tomoyuki Miyashita, Kotaro Konno, Kyohei Mikami, Junjiro Horiuchi, Masahiko Watanabe, Minoru Saitoe.
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会
  • [学会発表] Neuronal mechanisms underlying post-associative dopamine release for olfactory memory consolidation2022

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Naganos, Minoru Saitoe.
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会
  • [学会発表] Integration of NMDA and Dopamine Receptor Signals in olfactory aversive conditioning.2022

    • 著者名/発表者名
      Hinako Muratani, Tomoyuki Miyashita, Shintaro Naganos, Tomomi Matsuno, Minoru Saitoe.
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会
  • [学会発表] ショウジョウバエの匂い連合学習における2つのドパミン放出様式2022

    • 著者名/発表者名
      Kohei Ueno, Shintaro Naganos, Minoru Saitoe.
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会
  • [学会発表] Post-associative dopamine release works as a reinforcer for classical conditioning.2022

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Naganos, Minoru Saitoe.
    • 学会等名
      2022年記憶研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Mg2+ block of NMDA receptor not only acts as a coincidence detector but also as sequence detector in associative learning2021

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Miyashita, Emi Kikuchi, Shintaro Naganos, Minoru Saitoe.
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会
  • [学会発表] Dopamine released by on-demand transmission after associative stimulation is the reinforce signal in Drosophila memory formation2021

    • 著者名/発表者名
      Kohei Ueno, Shintaro Naganos, Minoru Saitoe,
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会
  • [学会発表] ショウジョウバエ加齢体での記憶汎化を担うドーパミン作動性神経細胞群2021

    • 著者名/発表者名
      松野元美、上村望、宮下知之、堀内純二郎、齊藤実
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会
  • [図書] 医学のあゆみ2021

    • 著者名/発表者名
      齊藤 実
    • 総ページ数
      112
    • 出版者
      医歯薬出版株式会社
  • [備考] 学習記憶プロジェクトHP

    • URL

      https://www.igakuken.or.jp/project/detail/memory.html

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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