Regulation of memory by activity-dependent functional changes in dopaminergic neurons

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K15186
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: Takayanagi-Kiya Seika 金沢大学, 生命理工学系, 特任研究員 (40793196)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 長期記憶 / 初期応答遺伝子 / 即初期遺伝子 / 神経生物学 / ショウジョウバエ / 昆虫 / ドーパミン神経 / 性行動

Outline of Final Research Achievements

In this study, we investigated how the expression of an immediate early gene in dopaminergic neurons affects long-term memory, using the courtship conditioning paradigm of the fruit fly Drosophila melanogaster. Overexpression of Hr38, a conserved immediate early gene, in dopaminergic neurons facilitated the formation of long-term memory. Notably, transient overexpression during the training period was sufficient for this effect. Conversely, knock-down of Hr38 caused defects in long-term memory. Additionally, our findings indicate that the expression of Hr38 in a small subset of specific dopaminergic neurons are responsible for these effects. Given that Hr38 encodes a nuclear receptor and is widely conserved, it may play important roles in other animals as well.

Free Research Field

神経生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学習と記憶により行動を変化させることは、動物が生存や繁殖の競争を勝ち抜くために重要な能力である。神経活動依存的に発現する初期応答遺伝子は、脊椎動物においては学習・記憶の基盤となる神経可塑性にとって重要であることが知られてきた。一方昆虫の初期応答遺伝子の脳高次機能における役割はほとんど不明である。本研究成果は初期応答遺伝子Hr38が昆虫の学習・記憶という脳の高次機能における役割を持つことを初めて報告するものである。さらに、本研究成果は、神経機能のモジュレーターとして働くと考えられてきたドーパミン神経自体が、学習時に活動依存的に機能変化するという新たな記憶機構の存在を示唆する点で重要である。