個体間コミュニケーションによる行動変容の分子神経機構の解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26291069
• 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)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 異性間相互作用 / 個体群密度 / 嗅覚可塑性 / 線虫C. elegans / フェロモン

研究実績の概要

A）オスの異性学習：線虫の雌雄同体は、餌がない環境で一定時間NaClを感じるとその後NaClから逃げるようになる。オスも単独では雌雄同体と同様だが、餌がなく雌雄同体が存在する環境でNaClを経験するとNaClに誘引されるようになる（異性学習）。雌雄同体の飢餓学習に働くインスリン経路がオスの異性学習にも必要かを調べた。塩濃度を変化させて調べたところ、高塩濃度経験による異性学習にはインスリン経路が必要であったが、低塩濃度経験による学習では、経路上の分子により異なる結果が出た。
B）フェロモンによるSNET-1の制御：フェロモンによる体内ペプチドSNET-1の発現制御がマデーラ諸島で分離された線虫株では標準株と異なる現象についてマッピングにより原因を調べた。その結果、TGFβ経路のdaf-14遺伝子のゲノム再編成がみつかった。ただし、daf-14のゲノム領域を導入することによりSNET-1の発現制御が回復しなかったので、daf-14がストレイン差の原因であるかはいまだ明確でない。
C）嗅覚異常の変異体の解析：嗅覚順応が起こりにくい変異体について遺伝子同定を進めた結果、sipa-1という遺伝子に変異をもつことがわかった。レスキュー実験により、確かにsipa-1の変異が嗅覚順応欠損の原因であることがわかった。
D）SNET-1の発現制御に関わる情報伝達経路：さまざまな変異体についてSNET-1の発現を調べたところ、インスリン経路やイオンチャネルに加え、TGFβ経路の変異体でフェロモンによる発現抑制がかかりにくいことがわかった。TGFβ経路のdaf-1とdaf-14について機能部位を明らかにするため、多数の細胞特異的プロモーターを用いたレスキュー実験を行ったが、解釈しにくい結果となっており、明確な結論を得るために引き続き検討を続ける。

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

A）については条件を変えて行動測定を続け、インスリン経路の役割を明確にする。B）についてはゲノム再編成が大きな領域にわたっておりマッピングにも限界があるので可能な限りの解析を進める。C）はsipa-1が作用する組織・細胞や分子標的が何であるかを遺伝学的、生化学的に調べる。D）はレスキュー実験の方法を変えて作用する細胞を決め、SNET-1の発現に関わる転写因子の候補を調べることを加えて制御系の全貌に迫る。

次年度使用額が生じた理由

マデーラ諸島産の線虫において染色体の大きな再編成が見つかったため、また、daf-1とdaf-14のレスキュー実験の結果が複雑な結果となったため、これらの解析に費やす期間が延長されたため。

次年度使用額の使用計画

上記解析のための人件費および染色体組み込み等の解析のためのキット、合成DNA、シーケンシング試薬等に用いる予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Optogenetic activation of axon guidance receptors controls direction of neurite outgrowth. (2017)
  • 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] 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
• [学会発表] C. elegansの嗅覚可塑性にはsignal-induced proliferation-associated proteinホモログSIPA-1が必要である (2015)
  • 著者名/発表者名: 土屋純一、山田康嗣、飯野雄一
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第83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のオスが異性の存在に依存して行う連合学習機構の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大橋 智彦、酒井 奈緒子、大野 速雄、岩田 遼、飯野 雄一
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第88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] Identification of genes involved in the pheromone signaling that regulates olfactory plasticity (2015)
  • 著者名/発表者名: TORIYABE Hiroshi, YAMADA Koji, SAWAMURA Yoshiyuki, IINO Yuichi
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第86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] 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] 生きものたちをつなぐ「かおり」（第2章3.個体間の相互作用による線虫の匂いや味の嗜好性の変化） (2016)
  • 著者名/発表者名: 山田康嗣、酒井奈緒子、飯野雄一
  • 総ページ数: 214（うち11）
  • 出版者: フレグランスジャーナル