Elucidation of molecular mechanisms underlying tissue communication involved in neural plasticity

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「神経系は非神経系とのコミュニケーションすることで、行動を制御する」という新しい知見が報告されている。本研究では、非神経系で機能し、記憶形成や学習行動に関与する分子を同定し、そのメカニズムを明らかにすることを目指す。申請者はこれまで糖鎖修飾に必要な糖転移酵素GLY-12、神経ペプチド生産酵素であるEGL-3が飼育温度に依存した温度走性行動に必要である新しい知見を得ている。哺乳類GnTIのアイソザイムであるGLY-12, GLY-13, GLY-14はN-結合型糖鎖生合成に関与する酵素であり、gly-12欠損株は飼育温度より低い温度を好む走性行動異常を示した。また、組織特異的機能レスキュー実験により、温度感知神経AFDと上皮細胞と呼ばれるSeam 細胞で機能することが分かった。温度変化に対するSeam細胞の活動を測定するとAFDと同様に温度上昇時に活性化し、温度低下時には不活性化した。さらに、AFD内の温度情報伝達に必要なcGMP合成酵素遺伝子、gcy-8, gcy-18, gcy-23が全て欠損された変異体ではSeam細胞の応答性は低下した。このことから温度神経回路とSeam細胞のクロストークする可能性が示唆された。一方、egl-3欠損株も飼育温度より低温側に向かう走性行動の異常を示し、Seam細胞内でEGL-3によって生産されるペプチドが部分的に温度走性行動に関与することが分かった。ゲノム解析ツールから予測されたEGL-3アミノ酸配列内の3箇所の糖鎖修飾部位アスパラギン酸をアラニンに置換し、温度学習行動を調べたところ、EGL-3の機能にN-結合型糖鎖が重要であることが判明された。これらの結果から、低分子ペプチドを介した神経系―非神経系の非シナプス性伝達が飼育温度に依存した温度走性行動に関与することが分かった。