2013 Fiscal Year Annual Research Report
記憶情報の変換ダイナミズムを担うショウジョウバエ神経・分子マシナリーの解明
| Project Area | Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems |
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| Project/Area Number |
25115006
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science |
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Principal Investigator |
齊藤 実 公益財団法人東京都医学総合研究所, 運動・感覚システム研究分野, 分野長 (50261839)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 守俊 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (00323501)
粂 和彦 名古屋市立大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (30251218)
坂井 貴臣 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (50322730)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | ショウジョウバエ / ドーパミン / シナプス可塑性 / 学習記憶 / 単離培養脳 |
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| Research Abstract |
嫌悪性匂い連合学習では触覚葉を介して入力する匂い情報と上行性腹側神経束を介して入力する罰ショック情報が同時にキノコ体に入力すると匂い記憶が形成され、キノコ体に記憶痕跡として、匂い刺激に対するCa2+応答の上昇がみられるようになる。単離培養脳の触覚葉と上行性腹側神経束を電気的に同時刺激することで、匂い記憶と同じ生理学的特徴を持つ記憶痕跡様のCa2+応答(触覚葉刺激に応じたキノコ体Ca2+応答の増加)が得られることを見出し、これを触覚葉―キノコ体間シナプス伝達亢進(AL-MB LTE)とした。薬理学・遺伝学的解析から触覚葉からの情報はニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)を介してキノコ体に入力することを確認した。一方上行性腹側神経束由来の情報は、従来予想されていたドーパミン(DA)ではなくNMDA受容体(NR)を介してキノコ体に入力することが示唆された。そこでDAの放出機構を解明するため、キノコ体に投射するDA神経にシナプス開口放出をモニターするsynapto-pHluorinを、キノコ体にはsynapto-pHluorin と異なる励起波長、蛍光波長をもつ赤色Ca2+指示タンパクR-GECOを発現させた組み換え系統を作成した。この系統を用いてやはり上行性腹側神経束の刺激によりキノコ体でCa2+応答があってもDA放出は起こらないことを見出し、上行性腹側神経束からの入力はNRによることを示唆した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度の研究計画で主たる目標として掲げた、R-GECOとsynapto-pHluorinによるキノコ体でのCa2+応答とDA神経終末からの開口放出の同時観察が可能となる遺伝子改変系統を作成することが出来た。当初Ca2+応答はR-CaMPを利用する予定であったが、Ca2+応答のレンジが想定していたものより小さかったため、R-GECOに切り替えた。DAの放出機構はショウジョウバエのみならず哺乳類においても直接観察された例はなく、今回の観察により行動遺伝学から推測されていた放出機構（上行性腹側神経束の活性化による放出）とは異なる機構によりDAが放出されることが示唆された。DAが連合学習とその神経基盤となるAL-MB LTE両者に必要なことを鑑みるに、今回の結果は全く新しいDA放出機構の発見に繋がる可能性を秘めた重要なステップと考えられることから達成度を設定した。
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| Strategy for Future Research Activity |
NRがAL-MB LTEの発現に必要な上行性腹側神経束からの入力を仲介しているのか、触覚葉とNRの同時刺激によってAL-MB LTEが発現するか検証を行う。前年度までの研究から連合記憶同様、AL-MB LTEの形成にもD1型ドーパミン受容体(D1R)、NMDA受容体、ニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)が重要な働きを担うことが分かった。本年度はこれらAL-MB LTEの発現においてこれら受容体がどのような相互作用を示すのか？特に学習の強化シグナルとして働くと考えられているドーパミンの放出機序について明らかにする。例えばDA放出はAL-MB LTEの誘導過程で起こるのか？または誘導後の保持過程で起こるのか？そこでnAChRやNRはどのような働きをするのか？などを調べる。また上行性腹側神経束からの入力を介するグルタミン酸性神経からのキノコ体への投射と、実際にキノコ体に投射するグルタミン酸性神経終末から開口放出が上行性腹側神経束の刺激により引き起こされるか確かめる。
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