Mechanisms by which physiological stress modulates learning and memory

私たちは記憶や学習が環境や体調の影響を受けることを経験的に知っているが、その詳細なしくみは未解明な点が多い。記憶の形成や想起は体内外の環境によっていかに調節されるのか。また環境からの刺激に対する応答行動が記憶に基づいて調節されるとき、神経系に生じたいかなる生理的な変化がどのように行動に反映されるか。本研究は、我々がこれまでに明らかにしてきた学習の機構に関する知見をもとにストレスが学習に影響する仕組みを分子レベルで解明することにより、上記の問いに答えることを目指している。本研究では、おもに、神経系の機能解析に適した線虫C. エレガンスの走化性の実験系を用いて研究を進める。線虫は餌を得ていた塩濃度を好み、飢餓を経験した塩濃度を避ける学習行動を示す（塩濃度走性）。この学習では、塩濃度を記憶する味覚神経から後シナプス介在神経へのシナプス伝達の可塑性が行動を変える原因の一つである（Sato et al., 2022, Hiroki et al., 2023）。また、飢餓による行動の変化には、味覚神経ではたらくインスリンシグナル伝達経路が必須な役割を担う（Nagashima et al., 2019, Tomioka et al., 2022）。今回我々は、神経ペプチドが餌の情報としてはたらくことを示唆する結果を得た。神経ペプチド遺伝子の変異体約40株について塩走性の表現型を観察した結果、FLP-2と呼ばれる神経ペプチドが過剰に生成されると、飢餓に伴う学習が顕著に弱まることを見出した。また、この表現型に関わる受容体を特定した。flp-2遺伝子を欠損しても塩濃度走性は影響を受けなかったことから、神経ペプチドの発現が適切に調節されることが重要なことが示唆された。

私たちは記憶や学習が環境や体調の影響を受けることを経験的に知っているが、その詳細なしくみは未解明な点が多い。記憶の形成や想起は体内外の環境によっていかに調節されるのか。また環境からの刺激に対する応答行動が記憶に基づいて調節されるとき、神経系に生じたいかなる生理的な変化がどのように行動に反映されるか。本研究は、我々がこれまでに明らかにしてきた学習の機構に関する知見をもとにストレスが学習に影響する仕組みを分子レベルで解明することにより、上記の問いに答えることを目指している。本研究では、おもに、神経系の機能解析に適した線虫C. エレガンスの走化性の実験系を用いて研究を進める。線虫は餌を得ていた塩濃度を好み、飢餓を経験した塩濃度を避ける学習行動を示す（塩濃度走性）。この学習では、塩濃度を記憶する味覚神経から後シナプス介在神経へのシナプス伝達の可塑性が行動を変える原因の一つである（Sato et al., 2022, Hiroki et al., 2023）。また、飢餓による行動の変化には、味覚神経ではたらくインスリンシグナル伝達経路が必須な役割を担う（Nagashima et al., 2019, Tomioka et al., 2022）。今回我々は、神経ペプチドが餌の情報としてはたらくことを示唆する結果を得た。神経ペプチド遺伝子の変異体約40株について塩走性の表現型を観察した結果、FLP-2と呼ばれる神経ペプチドが過剰に生成されると、飢餓に伴う学習が顕著に弱まることを見出した。また、この表現型に関わる受容体を特定した。flp-2遺伝子を欠損しても塩濃度走性は影響を受けなかったことから、神経ペプチドの発現が適切に調節されることが重要なことが示唆された。