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。

为了理解学习的神经基础，有必要分析学习引起的行为变化，识别控制这些行为的神经回路，并识别这些神经回路内负责行为变化的主要部分。指出（Nakaaki Tsukahara 等，1981）。遵循这种方法，我们构建了一个独特的联邦学习实验系统，可以同时跟踪由于实时学习而导致的中枢突触的变化和动物行为的变化，并将它们集成到“进食神经元”中，即控制进食的中央命令神经元。研究表明，记忆是通过加强突触输入形成的。基于此，本研究重点关注被认为通过赫布规则假设的突触前和突触后相互作用负责突触可塑性的分子，并建立突触变化和记忆形成之间的明确因果关系。这的分子基础。今年，我们对 Syt7 进行了功能分析，Syt7 是突触结合蛋白 (Syt) 家族的成员，被认为是胞吐作用的 Ca2+ 传感器。神经肌肉接头突触的电生理学分析表明，Syt7 控制突触前细胞中突触小泡与质膜的融合，并负责短期突触可塑性。当我们使用上述联邦学习实验系统分析Syt7突变体时，我们发现它们存在短期记忆缺陷。在训练之前，与野生型相比，对用于关联学习的条件和非条件刺激的反应没有观察到差异。 Syt7 发挥的短期突触可塑性被认为是短期记忆的基础。为了将来在细胞水平上研究 Syt7 的功能，有必要确定负责这种联想学习的突触前细胞。因此，为了识别与喂养神经元连接的神经元，我们使用 GRASP 方法进行了解剖筛选，并能够识别多个候选神经元。

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）