刺激強度の履歴を記録するDAG分子が行動を反転させるメカニズム

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線虫は培養プレート上で経験した塩濃度を記憶し、塩濃度勾配中でその濃度に向かって移動する(塩濃度学習)。塩濃度の情報は味覚感覚神経ASER内で、PKCεホモログであるPKC-1の活性として表現される。前年度に、①PKC-1近縁分子TPA-1によるロバストな記憶メカニズム　②PKC-1がシンタキシン分子をリン酸化しグルタミン酸放出の量を変化させること、およびそれが介在神経の応答を反転させることとそのメカニズムを見出している。①について、論文を執筆、投稿した。査読コメントへの追加実験を行い、当該論文は受理された(Hiroki and Iino, PNAS)。②について、前年度にモデルの上で予想されていた現象を実証した。組み換え酵素を用いた組織特異的遺伝子発現操作(FLP/FRTシステム)、およびシングルコピー挿入による遺伝子レスキュー法(MosSCI)を用いて、予想されていた通りASERにおけるシンタキシンのリン酸化が重要であることを実証した。次に、退色後蛍光回復法(FRAP)を用いて、それがグルタミン酸放出のベースラインを制御することを確かめた。最後に、介在神経応答反転を説明しうる抑制性・興奮性グルタミン酸受容体の感度の差を、アフリカツメガエル卵母細胞へのヘテロ発現と電気生理学実験によって実証した。以上の結果をまとめ、論文を執筆、投稿した。査読コメントへの対応を行い、結果として当該論文は受理された。本研究結果により、線虫の記憶システムの全貌が明らかになった。また、その基盤となる新奇なシナプス可塑性の存在とそのメカニズムが解明された。これらの結果は、生物種にわたる記憶研究の新たな側面を明らかにするとものである。また同時に、線虫の豊富な神経回路の知見と併せると、一つの生物において記憶のメカニズムが分子から神経回路、行動出力まで分かったことになり、きわめて画期的な成果といえる。