刺激強度の履歴を記録するDAG分子が行動を反転させるメカニズム

记录刺激强度历史的 DAG 分子逆转行为的机制

基本信息

批准号：
20J13918
负责人：
廣木進吾
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

線虫は培養プレート上で経験した塩濃度を記憶し、塩濃度勾配中でその濃度に向かって移動する(塩濃度学習)。塩濃度の情報は味覚感覚神経ASER内で、PKCεホモログであるPKC-1の活性として表現される。前年度に、①PKC-1近縁分子TPA-1によるロバストな記憶メカニズム　②PKC-1がシンタキシン分子をリン酸化しグルタミン酸放出の量を変化させること、およびそれが介在神経の応答を反転させることとそのメカニズムを見出している。①について、論文を執筆、投稿した。査読コメントへの追加実験を行い、当該論文は受理された(Hiroki and Iino, PNAS)。②について、前年度にモデルの上で予想されていた現象を実証した。組み換え酵素を用いた組織特異的遺伝子発現操作(FLP/FRTシステム)、およびシングルコピー挿入による遺伝子レスキュー法(MosSCI)を用いて、予想されていた通りASERにおけるシンタキシンのリン酸化が重要であることを実証した。次に、退色後蛍光回復法(FRAP)を用いて、それがグルタミン酸放出のベースラインを制御することを確かめた。最後に、介在神経応答反転を説明しうる抑制性・興奮性グルタミン酸受容体の感度の差を、アフリカツメガエル卵母細胞へのヘテロ発現と電気生理学実験によって実証した。以上の結果をまとめ、論文を執筆、投稿した。査読コメントへの対応を行い、結果として当該論文は受理された。本研究結果により、線虫の記憶システムの全貌が明らかになった。また、その基盤となる新奇なシナプス可塑性の存在とそのメカニズムが解明された。これらの結果は、生物種にわたる記憶研究の新たな側面を明らかにするとものである。また同時に、線虫の豊富な神経回路の知見と併せると、一つの生物において記憶のメカニズムが分子から神経回路、行動出力まで分かったことになり、きわめて画期的な成果といえる。

线虫会记住培养板上经历的盐浓度，并以盐浓度梯度的方式向该浓度移动（盐浓度学习）。盐浓度信息在 ASER 味觉神经中表达为 PKC-1（PKCε 同源物）的活性。去年，我们证明了（1）TPA-1（一种与 PKC-1 密切相关的分子）的强大记忆机制，以及（2）PKC-1 磷酸化突触蛋白分子并改变谷氨酸释放量，并且这逆转了中间神经元的反应。关于①，我写了一篇论文并提交了。根据审稿人的意见进行了额外的实验，论文被接受（Hiroki 和 Iino，PNAS）。对于②，我们验证了模型去年预测的现象。使用重组酶（FLP/FRT 系统）和基于单拷贝插入的基因拯救方法（MosSCI）进行组织特异性基因表达操作，我们证明了 ASER 中突触蛋白磷酸化的重要性，正如所证实的那样。接下来，我们使用光漂白后荧光恢复 (FRAP) 来确认它控制谷氨酸释放的基线。最后，我们通过爪蟾卵母细胞的杂合表达和电生理学实验证明了抑制性和兴奋性谷氨酸受体敏感性的差异，这可以解释中间神经元反应的逆转。我总结了以上结果，撰写并提交了论文。我们回复了同行评审员的意见，最终论文被接受。这项研究的结果揭示了线虫记忆系统的完整图景。此外，作为其基础的新型突触可塑性的存在和机制已被阐明。这些结果揭示了跨物种记忆研究的新方面。同时，结合对线虫神经回路的广泛了解，这是一个极具开创性的结果，因为单个生物体的记忆机制已经被揭示，从分子到神经回路和行为输出。

项目成果

期刊论文数量（3）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

The redundancy and diversity between two novel PKC isotypes that regulate learning in Caenorhabditis elegans.

DOI：
10.1073/pnas.2106974119
发表时间：
2022-01-18
期刊：
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
影响因子：
11.1
作者：
Hiroki S;Iino Y
通讯作者：
Iino Y

Molecular Encoding and Synaptic Decoding of Memory of Chemical Concentration in C. elegans

线虫化学浓度记忆的分子编码和突触解码

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shingo Hiroki;Hikari Yoshitane;Yoshitaka Fukada;Masahiro Tomioka;Muneki Ikeda;Ikue Mori;and Yuichi Iino
通讯作者：
and Yuichi Iino