線虫の化学走性の可塑性に関わる神経回路と機能分子の同定

秀丽隐杆线虫趋化可塑性中涉及的神经回路和功能分子的鉴定

基本信息

批准号：
15029213
负责人：
飯野雄一
金额：
$ 4.48万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

動物の感覚神経系においては、しばしば刺激に対する順応の現象が見られる。知られている順応の多くは感覚神経内での機構により説明されており、神経ネットワークの関与については不明な点が多い。我々は線虫C.エレガンスの匂いに対する応答が、5分間の匂い刺激により顕著に低下する現象(早期順応)を発見した。本研究ではこの順応が感覚神経のみでなく、AIYと呼ばれる介在神経の機能に依存して起こることを見出した。AIYは複数の感覚神経から入力を受ける介在神経である。AIYが欠損すると、早期順応が起こらない。さらに、Ras-MAPキナーゼシグナル伝達系の変異体が早期順応に欠損を持つこと、RasがAIY介在神経で働くことを明らかにした。また、本研究では同じく線虫を用いてインスリン経路が神経可塑性に関わることを明らかにした。線虫は通常NaClを好むが、餌の非存在下でNaClを一定時間経験すると、NaClを忌避するようになる。インスリンINS-、インスリン受容体、およびその下流で機能することの知られているPI3キナーゼ、PDKキナーゼ、Aktキナーゼそれぞれの変異体でこの行動可塑性が失われていた。細胞特異的発現実験により、INS-1は介在神経AIAで、PI3キナーゼはNaClを受容するASE神経で働いていることがわかった。すなわち、感覚神経からシナプス入力を受けるAIA介在神経がINS-1を介して感覚神経に逆行性に働きかけることにより、行動を変化させる。ASE感覚神経は左右対称に一対存在するが、面白いことに、PI3キナーゼは右のASE神経でだけ働いていた。以上述べたインスリン経路とRas-MAPK経路は哺乳類でも保存されており、本研究でこれらの経路による行動可塑性の制御の神経機構が明らかになったことは、今後の関連する研究の発展に貢献するものと考える。

对刺激的适应现象经常在动物的感觉神经系统中观察到。大多数已知的适应都是通过感觉神经元内的机制来解释的，但关于神经网络的参与仍有很多未知之处。我们发现，5 分钟的气味刺激（早期适应）会显着降低线虫的气味反应。在这项研究中，我们发现这种适应的发生不仅取决于感觉神经，还取决于称为 AIY 的中间神经元的功能。 AIY 是一个中间神经元，接收来自多个感觉神经的输入。当 AIY 缺乏时，早期适应不会发生。此外，我们发现 Ras-MAP 激酶信号系统的突变体在早期适应方面存在缺陷，并且 Ras 作用于 AIY 中间神经元。在这项研究中，我们还使用秀丽隐杆线虫来证明胰岛素途径与神经可塑性有关。秀丽隐杆线虫通常更喜欢氯化钠，但在没有食物的情况下接触氯化钠一段时间后，它就会变得排斥。这种行为可塑性在胰岛素 INS-、胰岛素受体、PI3 激酶、PDK 激酶和 Akt 激酶（已知这些激酶在下游发挥作用）的突变体中消失。细胞特异性表达实验表明，INS-1 在 AIA 中间神经元中起作用，而 PI3 激酶在接受 NaCl 的 ASE 神经中起作用。也就是说，接收来自感觉神经的突触输入的AIA中间神经元通过INS-1逆行作用于感觉神经，从而改变行为。有一对对称的 ASE 感觉神经，但有趣的是，PI3 激酶仅在右侧 ASE 神经中活跃。上述胰岛素途径和Ras-MAPK途径在哺乳动物中是保守的，本研究阐明了这些途径控制行为可塑性的神经机制，将有助于今后相关研究的发展。