文部科学省
JSPS
科研費
公募研究募集

東京都医学総合研究所 学習記憶プロジェクト 齊藤実 平成29年1月24日発表

Coincident postsynaptic activity gates presynaptic dopamine release to induce plasticity in Drosophila mushroom bodies.

  • ◯◎Ueno K, Suzuki E, Naganos S, Ofusa K, Horiuchi J, ◎Saitoe M. (2017).
    (◯:筆頭著者名, ◎:代表著者名)

eLife, 6, e21076.

ドパミン(DA)は脳の様々な機能に関わる重要な神経伝達物質ですが、その放出は神経活動と一致してない場合もあり、不明な点が多々あります。我々は以前に匂い中枢(antennal lobe, AL)と、腹髄神経節からの上行繊維(ascending fibers from ventral nerve code, AFV)を連合刺激すると、DA依存的にALと匂い記憶中枢キノコ体(mushroom body, MB)間のシナプス強度が長期的に亢進(long-term enhancement, LTE)することを見出しました。このLTE形成過程を詳細に解析すると、LTEに必須なDA放出はMBがALとAFVによって連合刺激された際に起きることがわかりました。さらに、この放出は連合刺激によって活性化されたMB神経細胞に対して選択的に起こること、MB神経細胞のRut型アデニレートサイクレース活性が必要であることから、DA放出は後シナプス細胞の活性化によってゲーティングされていることが示唆されました。




図1 ハエ脳の模式図とlong-term enhancement。

匂い嫌悪記憶を形成するキノコ体(mushroom body)は匂い情報を同側のantennal lobeから受け取ります。同様に匂い記憶に重要なDA作動性神経は脳内にクラスタ状に分布し、両側のキノコ体へと投射しています。Antennal lobe刺激を行った時に見られるキノコ体の応答(pre)は、antennal lobeとAFVの連合刺激後に増強が見られます(野生型 post)。しかし、D1受容体変異体においてはその増強は見られません。興味深いことに野生型と変異体において連合刺激時のキノコ体応答には大きな違いは見られません。


図2 AL刺激とNMDA投与による連合刺激がDA放出を誘導する。

Synapto-pHluorin(spH)はシナプス小胞に挿入されたタンパクにpH感受性のGFPが融合したキメラタンパクです。シナプス小胞内はプロトンポンプによりpHが低く抑えられていますが、開口放出を起こすとspH周囲のpHは中和され、蛍光が増強します(上左)。spHを発現させたDA作動性神経のMB上終末を共焦点顕微鏡で観察しながら、AL刺激とNMDA投与を同時に行い、spH蛍光強度変化を観察しました(上右)。その結果、同時刺激の時のみにspH蛍光強度が増強し、NMDA投与のみ、もしくはAL刺激のみでは観察されませんでした(下左)。同様にAL刺激とNMDA投与を行いながら両側のMB上のDA作動性神経終末を観察するとspH蛍光強度増強はAL刺激を行った同側のMB上で観察されますが、反対側では殆ど観察されません(下右)。


図3 今回の研究から推測されるシグナル伝達経路の模式図

ALとAFVの連合刺激を行うと、それぞれアセチルコリン受容体とNMDA受容体を介してMBのRut-ACを活性化させます。活性化したRut-ACを経て何らかのシグナルがMBからDA作動性神経の終末へと伝えられ、これがDA放出を誘導し、放出されたDAはD1受容体を介してLTE形成を直接誘導すると考えられます。



文献

  1. Y. C. Kim, H. G. Lee, K. A. Han, D1 dopamine receptor dDA1 is required in the mushroom body neurons for aversive and appetitive learning in Drosophila. J Neurosci 27, 7640-7647 (2007).
  2. K. Ueno, S. Naganos, Y. Hirano, J. Horiuchi, M. Saitoe, Long-term enhancement of synaptic transmission between antennal lobe and mushroom body in cultured Drosophila brain. J Physiol 591, 287-302 (2013).

PAGE TOP