コマンドニューロンの可塑的変化による連合学習機構－その分子基盤のリアルタイム解析

基于命令神经元可塑性变化的联想学习机制——实时分析其分子基础

• 批准号: 22K06439
• 负责人: 櫻井 晃
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute of Information and Communications Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06439/
• 关键词: シナプス可塑性; 連合学習; シナプトタグミン; GRASP; ショウジョウバエ; コマンドニューロン

学習の神経基盤を理解するためには、学習による行動の変化を解析し、その行動を制御する神経回路を同定し、その神経回路内で行動の変化を担う主要な部位を同定する必要があると指摘されている（塚原仲晃ら、1981年）。この方法論にならい、中枢シナプスの変化と学習による動物行動の変化を同時にリアルタイムで追跡することが可能な独自の連合学習実験系を構築し、摂食を司る中枢コマンドニューロン「feeding neuron」に統合されるシナプス入力の強化によって記憶が形成されることを明らかにした。これに基づき、本研究ではHebb則において想定されるようなシナプス前後の相互作用を通じてシナプス可塑性を担うと想定されている分子に着目し、シナプスの変化と記憶形成とを明確な因果関係のもとに結びつけて、その分子基盤を明らかにすることを目指す。今年度は、エキソサイトーシスのためのCa2+センサーと想定されるシナプトタグミン（Syt）ファミリーに属するSyt7の機能解析を行った。神経筋接合部シナプスの電気生理学的解析により、Syt7はシナプス前細胞においてシナプス小胞の細胞膜への融合を制御し、短期シナプス可塑性を担うことが示唆されている。そこで、上述の連合学習実験系を用いてSyt7突然変異体を解析したところ、短期記憶に欠損があることがわかった。訓練前は、連合学習に用いる条件刺激及び無条件刺激に対する反応は野生型と比べて差は認められなかった。Syt7の担う短期シナプス可塑性が、短期記憶の基盤となっていることが示唆された。今後、Syt7の機能を細胞レベルで調べるためには、この連合学習を担うシナプス前細胞の同定が必要である。そこで、feeding neuronと接続するニューロンを同定するために、GRASP法を用いた解剖学的なスクリーニングを行い、候補となるニューロンを複数同定することができた。

有人指出，为了了解学习的神经基础，有必要分析由学习引起的行为变化，确定控制行为的神经回路，并确定导致行为变化的神经回路中的主要部位（Tsukukahara Nakaaki Nakaaki等，1981）。遵循这种方法，我们构建了一个独特的联盟学习实验系统，该系统使我们能够同时跟踪中央突触和动物行为的变化，这是由于实时学习而导致的，并揭示了通过加强整合到中央命令神经元“进食神经元”中的突触输入而形成的记忆，从而控制了进食。基于此，这项研究的重点是假定通过突触前后的相互作用（如HEBB定律所设想的）相互作用，这些分子旨在通过将突触变化和记忆形成与清晰的因果关系联系起来，旨在阐明这些分子基础。今年，我们对SYT7进行了功能分析，该分析属于Syt7家族，该家族预计将是胞吐作用的Ca2+传感器。神经肌肉连接突触的电生理分析表明，SYT7调节突触前细胞中突触囊泡与细胞膜的融合，并负责短期突触可变性。因此，当使用上述关联学习实验系统分析SYT7突变体时，发现短期记忆中存在缺陷。在训练之前，与野生型相比，与用于关联学习的条件和无条件刺激的响应没有观察到差异。有人提出，SYT7携带的短期突触可塑性是短期记忆的基础。将来，为了研究SYT7在细胞水平上的功能，有必要识别负责该关联学习的突触前细胞。因此，为了鉴定连接到喂养神经元的神经元，使用GRASP方法进行解剖筛选，并鉴定了多个候选神经元。

项目成果

マサチューセッツ工科大学(米国)

麻省理工学院（美国）