【研究領域課題番号】19H03268 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

記憶 / ドーパミン / グルタミン酸 / GABA / アデニル酸シクラーぜ / 同時検出器 / cAMP / ショウジョウバエ / 連合記憶 / キノコ体 / 記憶形成 / ライブイメージング / 匂い記憶 / KCs / 忘却 / Glu / 情動 / 神経回路

【研究成果の概要】

ショウジョウバエの匂い学習記憶は匂い（CS）と、ドーパミンを介して電気ショックまたはショ糖報酬（US）を連合することで成立する。（1）ドーパミン神経はグルタミン酸及びGABAをcotransmitterとして放出し、記憶を調節していることを見出した。（2）Ca2+/calmodulin依存性アデニル酸シクラーゼ（AC）が、CSによるCa2+を介した活性化とUSによるドーパミンシグナル経由の活性化によりcAMPを生成することが連合の実体と考えられてきた。しかしCSのみでもUSを介在する同じドーパミンシグナルが動員されcAMPが生成されることを発見し、この概念を見直す必要性を提唱した。

【研究の社会的意義】

（１）知的障害が見られる脆弱X症候群の原因遺伝子FMRPのショウジョウバエ相同遺伝子の変異によって代謝型グルタミン酸受容体がKCsで過剰発現し記憶障害を引き起こすことが報告されているが、それはCotransmitterとしてのグルタミン酸シグナルの本研究により生理的機構として説明される。（２）匂い刺激がドーパミンシグナルを誘導しKCsでcAMPを生成することの発見は、現在広く受け入れられているメカニズムでは匂いを受容したKCsを他のKCsから区別することができ無いことを示唆し、数十年にわたって信奉されてきた同時検出機構の検証が必要である。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究領域課題番号】18H03944 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生物時計 / 記憶想起 / 海馬 / cAMP / ドーパミン / 記憶固定化 / 時計遺伝子 / サーカディアンリズム / アルツハイマー型認知症 / 社会記憶 / BMAL1 / 転写因子 / AMPA型グルタミン酸受容体 / ｃAMP / 記憶 / 想起

【研究成果の概要】

分子遺伝学的な解析により、時計遺伝子BMAL1が神経伝達物質ドーパミンからドーパミン受容体D1/D5、そして、cAMP産生に至る情報伝達経路を活性化し、AMPA型グルタミン酸受容体サブユニットGluA1の845番目のセリン残基をリン酸化することで、海馬依存的な記憶想起を正に制御することを明らかにした。この発見は生物時計が記憶想起制御に役割を果たすことを示すものである。一方、記憶想起を改善するツールとして、必須アミノ酸ヒスチジンを同定した。

【研究の社会的意義】

本研究において、記憶を思い出すことに必要な分子メカニズムが明らかにされた。特に、24時間周期の生活リズムを産みだす生物時計が記憶を思い出しやすくさせていることが本研究によって初めて明らかにされた。また、記憶を思い出しやすくする身近な物質として、必須アミノ酸の一つであるヒスチジンが同定されたことから、ヒスチジンが認知症を代表とする記憶障害の改善に貢献することが期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】44,330千円 (直接経費: 34,100千円、間接経費: 10,230千円)

【研究分野】神経科学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19440 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アストロサイト / サイクリックAMP / アデニル酸シクラーゼ / 記憶学習 / 光遺伝学 / cAMP / 光操作 / 記憶 / 光活性化アデニル酸シクラーゼ / グリア / 脳内免疫 / 脳内炎症

【研究成果の概要】

アストロサイトは脳内にもっとも豊富に存在するグリア細胞である。アストロサイトは細胞外環境の維持や脳機能の調節を行うとされてきたが、この機能を発揮するための細胞内シグナリングは不明な点が多かった。そこで、本研究ではin vivoでアストロサイト特異的にcAMPを上昇できる遺伝子改変マウス（mlc1-PAC）を作製し、アストロサイトcAMPの上昇の記憶に対する影響を検証した。その結果、アストロサイトのcAMP上昇が海馬依存的な記憶の固定と障害の両者を調節することを明らかにした。

【研究の社会的意義】

本研究は、記憶・学習を調節する新しい細胞生物学的メカニズムを明らかにした。すなわち、脳内細胞の大部分を占めるグリア細胞のアストロサイトが、細胞内cAMPシグナルの活性化を介して、記憶を双方向性（固定化と障害）に調節することが明らかになった。また、本研究では光遺伝学的手法を、一般的な神経細胞の活動調整ではなく、ではなくグリア細胞のセカンドメッセンジャーのシグナル調節にin vivoで用いるという学術的にも重要な挑戦を成功させた。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】応用分子細胞生物学

【研究領域課題番号】15H02488 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

概日時計 / 記憶想起 / 時計遺伝子 / 海馬 / cAMP / ドーパミン / 記憶固定化 / 脳疾患 / サーカディアンリズム / 生物時計 / BMAL1 / CREST / 脳・神経 / 記憶 / 神経科学 / 想起

【研究成果の概要】

時計遺伝子BMAL1のコンディショナル変異マウスを用いた解析から、BMAL1によって産生される海馬の時計機能が社会認知記憶及び恐怖条件づけ文脈記憶などの海馬依存性記憶想起を制御すること、さらに、記憶想起の効率が時間帯によって変化することが本研究によって初めて明らかとなった。この海馬時計による想起には神経伝達物質ドーパミンからドーパミン受容体D1/D5、そして、cAMP産生に至る情報伝達経路の活性化が必要であることも明らかにされ、記憶想起を担う分子機構も解明された。

【研究の社会的意義】

本研究から、思い出（想起）しやすい時間帯と、思い出しにくい時間帯があり、時計遺伝子BMAL1を中心とする体内時計がこの記憶想起を制御することが初めて明らかにされた。さらに、この記憶想起にはドーパミンによるcAMP情報伝達経路の活性化が必要とされる分子機構も明らかにされた。これまでに記憶想起の分子機構は明らかにされていなかったが、この記憶想起の分子機構に基づき、記憶想起改善の観点から、新たな認知症治療開発や、加齢に伴う認知機能低下の対策が進むと考えられる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】33,540千円 (直接経費: 25,800千円、間接経費: 7,740千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】24657055 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

学習 / 記憶 / 環状アデノシン一リン酸 / cAMP / 単一細胞 / 学習記憶 / モノアラガイ

【研究成果の概要】

学習時にシナプス前細胞内でcAMP濃度が上昇するものと仮定されている。しかし、実際にcAMP濃度が上昇するのかは、これまでわかっていないかったで、モノアラガイ単一神経細胞を用いて検証することを目的とした。測定方法としては、cAMPセンサータンパク質によるイメージング法ならびにcAMPの抗体による超高感度ELISA法を用いた。イメージング法は残念ながら成功しなかった。一方、ELISA法については細胞内のcAMP濃度は10^-18 mol/cellくらいが定量できれば十分なはずであることがわかり、実際に今回のチャンピオンデータとしては、単一ニューロンでのcAMPは可能であることがわかった。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2014-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)