研究組織・メンバー

A02:機能的回路多重標識と転写産物プロファイリングによる脳多領野記憶痕跡モデルの検証

研究代表者
奥野浩行・鹿児島大学大学院医歯学総合研究科・教授
WEBhttp://www.kufm.kagoshima-u.ac.jp/~biochem2/

紹介文本文

我々ヒトをはじめとする動物は日常の経験の中で得た情報を脳の神経細胞ネットワークに記憶として書き込み、必要に応じて読み出す。この記憶の想起過程において、当初は海馬が必要であるが数週間〜数年が経つとともに不要となり、逆に大脳皮質の寄与度は当初は低いものの時間経過によって増すという、記憶の標準固定化説が広く知られている。一方、記憶は内容・種類ごとに多領野に別々に記銘されるというモデル（記憶の多重痕跡説）なども提唱されており、諸説の妥当性についての議論が続いている。
学習時や記憶想起時に活性化される神経細胞、および、それらによって構成される神経ネットワークは海馬や前頭皮質、頭頂皮質、扁桃体など複数の大脳領野に並列的に存在すると考えられるが、それらによって構成される神経ネットワークの領野間相互作用の原理や記憶の維持・更新に果たす役割は依然として不明である。本研究課題では活動依存的遺伝子発現系と薬剤依存的遺伝子制御系を組み合わせることにより、任意の時点での活性化細胞を自在に標識するシステムを構築し、マウスにおいて１か月以上持続するような長い記憶に関与する細胞集団の多領域間相互作用様式、および、その遷移過程を明らかにすることを目的とする。現在までに開発した2時点2色標識技術を基にして、光・薬理遺伝学的手法との統合などの拡張を行い、記憶関連神経細胞を全脳レベルで解析する。また、単一細胞RNA-Seqによる活性化神経細胞の遺伝子発現プロファイリングを行い、“記憶痕跡”を形成する分子メカニズムの領域間の相違を検討する。さらに、これらの解析で得られる知見に基づき、長期記憶の維持や更新に関する種々の仮設の検証を行う。

マウス歯状回における活性化細胞群の2時点2色蛍光タンパク質標識

文献

Okuno H, Minatohara K, Bito H. (2017)
Inverse synaptic tagging: An inactive synapse-specific mechanism to capture activity-induced Arc/arg3.1 and to locally regulate spatial distribution of synaptic weights.
Semin Cell Dev Biol. 77: 43-50.
Minatohara K, Akiyoshi M, Okuno H. (2016)
Role of immediate-early genes in synaptic plasticity and neuronal ensembles underlying the memory trace.
Front Mol Neurosci. 8: Article 78.
Okuno H, Akashi K, Ishii Y, Yagishita-Kyo N, Suzuki K, Nonaka M, Kawashima T, Fujii H, Takemoto-Kimura S, Abe M, Natsume R, Chowdhury S, Sakimura K, Worley PF, Bito H. (2012)
Inverse synaptic tagging of inactive synapses via dynamic interaction of Arc/Arg3.1 with CaMKIIβ.
Cell. 149: 886-898.