線虫の性的成熟に伴う感覚情報処理回路の変化とその分子的制御機構の解析

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K07503
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 藤原 学 九州大学, 理学研究院, 准教授 (70359933)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 行動可塑性 / 性的成熟 / 化学走性 / カルシウムイメージング / シングルRNAseq

Outline of Annual Research Achievements

C. elegansでは、成長に伴って生殖細胞が増殖すると、嗅覚回路のうちAWA-AIA-AIB神経での匂い応答が変化し、餌の匂いに対する走性行動が亢進する。本研究課題では、生殖細胞の増殖のシグナル、ターゲット回路にそれがどのように作用するのか、回路変化にはどのような分子が働くのか、神経活動イメージングも行いながら回路情報処理の解明をめざす。2017年度の本研究開始以降、次のことを明らかにしてきた。
まず、回路の再編に関わる分子としてグアニル酸シクラーゼGCY-28を同定した。GCY-28の変異体では、性的成熟に伴う匂いへの行動変化が正常に起きず、それに対応してAIB神経の匂い応答に異常が見られることが分かった。GCY-28はAIA介在神経で働き、その軸索上のギャップ結合部位に局在していることが明らかになった。これらの結果から、GCY-28はギャップ結合の働きに関わって、生殖細胞増殖時の回路の再編を行っていることが示唆された。
さらに、AIA介在神経とギャップ結合で結ばれているASI神経が、回路編成に重要な役割をしていることが明らかになった。AIAとASIの間のギャップ結合を阻害したり、ASIの神経活動を阻害すると、性的成熟に伴う匂いへの行動変化が正常に起きないことが分かった。またこのとき、AIB神経の匂い応答に異常が見られることが分かった。ASI神経はフェロモンや餌を感覚する神経であることが知られており、これらの結果から、生殖細胞の増殖による体内の変化もASI感覚神経が検知して回路再編を指示している可能性が示唆された。
これらの結果をもとに2020年度は、ASI感覚神経のシングルセルRNAseqを行い、生殖細胞の増殖依存的に発現に変化のある遺伝子が500以上同定し、現在、その役割を精査しているところである。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

ASI感覚神経のシングルセルRNAseqを行い、生殖細胞増殖の有無による違いを調べた。その結果、生殖細胞の増殖依存的に発現に変化のある遺伝子が500以上同定された。これらのうち、神経ペプチドやHDAC、CREB coactivatorなど回路再編に関わる可能性のある分子を選出した。選出した遺伝子の発現gfpレポーターを作成し、現在順次、生殖細胞による発現変化が確認できるかを調べている。ただし、2020年度は、新型コロナのために研究活動の制限が行われ、当初の進行予定から遅れている。

Strategy for Future Research Activity

シングルセルRNAseqで同定された分子のうち、生殖細胞依存的な走性回路再編に働く分子を見つける。そのために昨年度より進行中の発現解析を進め、生殖細胞増殖によってASIで本当に発現レベルが変化する遺伝子を確定する。つぎに、これらの遺伝子の変異体を用いて表現型を調べ、ASI神経がどのように嗅覚回路を再編するのかの分子的手がかりを得る。

Causes of Carryover

2020年度は、新型コロナのために研究活動の制限が行われ、当初の予定からASI神経細胞の機能分子の同定解析の進行が遅れている。次年度に、残りの予算を用いて、候補分子の発現解析と機能解析を実行する予定である。