Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

線虫C.elegans / 学習記憶 / シナプス伝達 / 神経回路 / 全脳イメージング / 線虫C. elegans

微小なモデル生物である線虫C. elegans では全神経回路の構造が既知であり、実際の生物における神経系の情報処理機構を明らかにできる可能性を秘めている。本研究では線虫を用い、神経回路が感覚入力を処理して行動を引き起こすまでの全神経回路を解明し、学習によりその行動が変化する分子・神経機構を明らかにすることを目的としている。このために以下を進めた。1) 塩濃度の嗜好性の制御にCLC型塩化物イオンチャネルが感覚神経で働くことを明らかにしていたが、Cl-イオン動態とカルシウム応答、介在神経のカルシウム応答を測定し、このチャネルの変異により感覚神経の応答速度が低下し行動異常につながることを推定した。塩嗜好性の決定に重要な働きをするプロテインキナーゼC (PKC)について、サプレッサースクリーニングを行い候補分子を見出した。2) 過去の経験によりシナプス伝達の極性が変化する現象について、感覚神経ASERから接続する介在神経であるAIBおよびAIYの伝達について、行動中の線虫によるイメージングおよび徐々に塩濃度を変化させるイメージングを行った。3) 4Dイメージングによる全頭部神経の活動の測定を進めた。結果数理モデルで解析し、各神経活動の相互関係と全体での情報の流れを推定できた。４）首振り周期に同期した感覚刺激が伝わる経路を明らかにするために、首振りをしながら感覚刺激を与えるチップを作成して経路上にあると推定されるいくつかの介在神経、運動神経のカルシウムイメージングを行った。

ジアシルグリセロール / カルシウムイメージング / 神経回路ダイナミクス / 線虫C.elegans / 学習記憶 / シナプス伝達 / 神経回路 / 全脳イメージング

1) 細胞内シグナル伝達と転写制御によるシナプス制御機構の解析、記憶分子の特定：　ジアシルグリセロール（DAG）の役割について集中的に解析した。DAGとの結合により蛍光強度が低下するDownward DAG2プローブをASER味覚神経に発現させたところ、前シナプスマーカーとよく一致する局在を示した。塩濃度刺激を与えつつ共焦点顕微鏡で蛍光の変化を測定したところ、ASER神経の前シナプス部におけるDAGの量は、塩濃度の上昇により上昇し、塩濃度の低下により低下することがわかった。さらに、線虫に飢餓を与えたあとに同じ測定を行ったところ、餌を与えられた線虫と比べ、DAGレベルの変化が小さいことが分かった。ASER神経におけるDAG量が上昇、低下する突然変異体はそれぞれ高塩濃度、低塩濃度に向かう傾向が強くなることから、今回観察されたDAGレベルの変化は可塑的な塩走性をよく説明でき、DAGが記憶の一端を担っていると考えられた。
2) シナプス伝達の反転の機構の解明：　過去に曝された塩濃度の違いにより、同じ感覚刺激に対してASER味覚神経からのシナプス伝達が逆転する現象を見出しているので、そのしくみを調べるため、まず関わる神経伝達物質を特定することを試みた。伝達物質の変異体を用いてカルシウムイメージングの実験を行うことにより、関与する伝達物質を検討した。
3) 運動回路の同定と回路ダイナミクスの定量化：　微小流路チップに線虫を固定し、頭部先端に塩濃度変化の感覚刺激を与えつつ、九州大学の4Dイメージングシステムを用いて頭部の全神経の活動をYCカメレオンの蛍光を指標に測定した。
結果を我々が開発した細胞認識プログラムとトラッキングプログラムで画像解析し、各神経の輝度情報を神経活動時系列として取得した。結果の数理的な解析を行った。

学習記憶 / 線虫C. elegans / 化学走性行動 / インスリン / PTEN / 左右非対称性 / PI3キナーゼ / カルシンテニン / 学習 / 忌避行動 / 嗅覚可塑性 / グアニル酸シクラーゼ / フルオリン / 感覚繊毛 / カプサイシン受容体

線虫C.エレガンスは塩と飢餓を同時に経験すると、塩が不快なものであると学習し、塩から逃げるようになる。塩を感じる神経は左右一対に存在するが、このうち右の神経だけが変化し、それには線虫のインスリンが必要であることがわかった。さらに、アルツハイマー病に関係すると言われているタンパク質が、インスリンによるシグナルと密接に関係していることがみつかった。

【研究分担者】
石原健	九州大学	理学研究院	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
石原健	九州大学	理学研究院	教授	(Kakenデータベース)