ショウジョウバエをモデルとする報酬記憶の分子行動学

筑波大学・大学院生命環境科学研究科　准教授

古久保 - 徳永　克男

　ヒトにおけるフラッシュバルブ記憶や心的外傷に伴う記憶など、ある種の記憶は限られた経験により瞬時に獲得され、しかも長期にわたり維持される。我々は、このような記憶の安定度を左右する神経基盤の解明のために、単純な脳を持つショウジョウバエ幼虫に着目し、報酬記憶の形成機構について解析を行っている。幼虫では、ショ糖による報酬学習により２時間以上の安定度を示すCREB依存性中期記憶（MTM）が生成されるが、キニーネによる罰学習ではわずか２０分で消失する短期記憶しか形成されない。本研究では、ショウジョウバエをモデルとして報酬記憶を制御する新たな学習・記憶遺伝子の同定を行うと共に、我々が確立してきた幼虫パラダイムを基礎に、報酬記憶の獲得と固定を制御する神経回路の同定を行う。これにより、遺伝子のみならず、神経回路の機能的同定を含む分子行動学的解析を推進する。

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図：ショウジョウバエ幼虫の中枢神経におけるオクトパミン神経細胞。オクトパミンは脊椎動物のノルアドレナリンと類似する神経伝達物質であり、ショウジョウバエ幼虫の嗅覚連合学習において報酬情報の伝達を介在している。

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シナプス接続とシナプス小胞放出の可視化による機能的神経回路網の解明

産業技術総合研究所・脳神経情報研究部門　研究員

戸井　基道

　線虫（C. elegans）では、300個の神経細胞が形成するほぼ全てのシナプスの位置やその標的細胞が推定されている。多くの神経は標的細胞と複数のシナプス（マルチシナプス）を形成するが、これらのマルチシナプス接続において個々のシナプスが生体の様々な情報処理にどの様に寄与しているのかは不明である。そこで本研究では、生体内で実際に機能しているシナプス接続パターンとシナプス伝達量を詳細に理解することを目指す。そのために様々な蛍光タンパク質によるプレシナプスからの小胞放出過程（量）と細胞間に特異的なシナプス接続を可視化する技術等を用い、生体内で行動や刺激に伴う神経活動変化を個々のシナプスレベルで解析することを試みる。また標的細胞特異的なシナプス接続が異常になった変異体を用い、シナプスの数・位置などの変化が回路における神経情報と最終的なアウトプットである行動にどの様に寄与するのかを明らかにする。

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MAPKリン酸化シグナルのイメージングによる線虫の環境応答行動の研究

東京大学・医科学研究所　助教

冨田　太一郎

　生体には環境変化を察知して、その情報を処理し、うまく適応するという一連の環境応答のしくみが備わっている。従来の遺伝学あるいは生化学的な解析からどのような分子が環境応答に関わるかという点は明らかにされつつあるが、実際に生きた動物体内でどのように情報伝達が生じているのかはほとんど理解がなされていない。本研究では酵母から哺乳類に至るまで幅広い真核生物種に保存されている代表的な環境応答シグナルであるストレス応答MAPキナーゼ経路に着目し、特に従来法では理解することが難しい「生きた動物個体」の中でのストレス応答キナーゼの活性化をリアルタイムに可視化する実験系を構築することで、環境変化を察知して行動を生み出す際のMAPKリン酸化シグナルの時間的、空間的な動態を明らかにし、動物が環境応答の行動をつくりだす過程へのMAPK分子の寄与を解明したい。

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ショウジョウバエのアミノ酸味覚受容と摂食行動可塑性の行動分子遺伝学

九州大学・大学院理学研究院　准教授

谷村　禎一

　味覚によって生物は有用な化学物質を識別することができる。これまでの行動生理学的研究によって、ショウジョウバエの味覚受容細胞は糖、塩、水、苦味物質、フェロモンを受容し識別できることがわかっている。さて、ショウジョウバエの成虫の雌は卵の産生のためにアミノ酸の摂取が必要である。実際、糖だけを含む培地では雌は卵をほとんど産まない。しかし、ショウジョウバエのアミノ酸の味覚受容についてはほとんどわかっていなかった。本研究では、アミノ酸がどのように味覚受容されるのかを明らかにし、アミノ酸あるいは糖の摂食行動が体内の要求度、また学習によってどのように変化するのかを、行動解析、電気生理学、分子遺伝学の手法を用いて探求する。

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膜電位の高精細in vivoマッピングに向けた基盤技術開発

大阪大学・大学院医学系研究科　助教

筒井　秀和

　細胞膜電位の信頼性の高い時空間測定法を確立することは、現代生理学の重要な課題である。これまで、ホヤゲノムから新しく発見された電位センサー蛋白質や、独自にクローニングした新規蛍光蛋白質を巧みに組み合わせ、従来にない優れた性能を持つFRET（蛍光エネルギー移動）型の膜電位プローブを開発し、哺乳類神経細胞において単一発火のイメージングなどに成功してきた。しかしながら、そのプローブを実際に、モデル動物におけるin vivo神経回路網に適用しようとした場合には、依然として多くの課題が残されている。本研究計画は、最新の電位センサー蛋白質に関する知見、及び、蛍光蛋白質技術を総動員し、in vivo でも適応可能な、より発展型の膜電位プローブ分子群の創出に取り組む。

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線虫C.elegans行動制御・解析システムの開発

大阪大学・大学院理学研究科　特任准教授

木村　幸太郎

　複雑なネットワーク構造を持つ脳・神経系の活動は、主として個体の行動に反映される。本研究では、光刺激を用いて線虫C. elegans個体の神経細胞の活動を制御し、その行動への影響を迅速かつ詳細に記録・解析できるシステムを構築する。具体的には、channelrhodopsinやhalorhodopsinを用いたoptogeneticsにおける光刺激用の強力な照明を新たに開発すること及び実験条件の最適化によって、C. elegans行動の一般的なアッセイ条件 (6 - 9cmプレートを使用) でのoptogeneticsによる神経活動制御を可能とする。さらに、この新たな照明系を我々がこれまでに開発したC. elegans行動解析システムと組合わせて「行動制御・解析システム」とする。このシステムを用いる事によって、特定の神経細胞の活動パターンの変化が、我々が注目している匂い忌避行動のどのような側面に反映されるのかを明らかにする。

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