杉拓磨 物質－細胞統合システム拠点（iCeMS＝アイセムス）特任助教（科学技術振興機構さきがけ研究者）らは、単純な神経系をもつ線虫の記憶を迅速に数値化する装置を開発し、動物が不快な刺激に馴れる際の仕組みの一端を解明しました。この成果は、認知機能障害の原因解明やストレス障害の治療法の開発につながると期待されます。
本研究成果は、11月17日の週に科学誌「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America」電子版に公開されました。
研究者からのコメント
杉特任助教
今回、メカニカルな物理刺激の驯れについて、シンプルな実験系を整备することに成功し、细胞レベルの记忆の痕跡を同定することができました。次は、分子レベルの実験から、同定された细胞がどのように记忆を保持しているのかを理解することが最重要课题です。また、近年、メカニカルな物理刺激への応答反応に関する研究は、メカノバイオロジーと呼ばれ、注目されています。この分野は黎明期にあり、未知のことが多く残されていますが、本研究成果によって、今后、解明に向けた研究が加速するものと期待されます。
さらに、今后の研究から、记忆の分子的実体に迫ることにより、认知机能障害やストレス体験がもととなる笔罢厂顿（心的外伤后ストレス障害）などの疾患の理解と、その分子标的薬の开発につながることが期待されます。
概要
动物は、先天的に嫌いで、逃げてしまうような刺激であっても、刺激にさらされ続けると驯れてしまい、次に同じ刺激が访れた际には行动を変えます。驯れるためには、过去に体験した刺激を学习し、记忆する必要があります。そのため、この「驯れ」の现象は、脳神経科学の分野において、古くから、学习?记忆のメカニズムを解析するモデル系の一つとされてきました。しかし、膨大な数の神経细胞から构成される脳神経系で、「驯れ」に関わる神経细胞を见つけ出し、その细胞だけを特异的に分子レベルで解析することは容易ではありません。また、学习?记忆の度合いを数値化して比较できるシンプルな実験系がほとんどないことから、解析実験に难がありました。
一方、体长わずか约1尘尘の线虫 颁.エレガンス（Caenorhabditis elegans） も、他の动物同様、体験した刺激を学习?记忆する能力があり、先天的に嫌いな刺激でもさらされることで驯れます。そこで、杉特任助教は、この线虫の驯化学习?记忆现象に着目し、驯れる前后の行动量を指标として记忆を数値化することを试みました。そして、全自动で迅速に数値化可能な装置の开発に成功し、驯れる前后の行动量を指标に记忆を数値化して比较できるようになりました、また、记忆保持の目印分子颁搁贰叠のリン酸化を细胞特异的に阻害することで、嫌いな刺激に驯れる际、刺激の记忆に関わる二つの神経细胞を発见しました。そして、これら二つの神経细胞の性质から、驯れた状态を安定的に维持することを可能にする神経回路モデルを提案しました。
线虫の遗伝子の约40％はヒトの遗伝子と同じであり、今回、明らかになった仕组みをさらに解析することで、ヒトの认知机能を解明するための手がかりが得られる可能性があります。
図：线虫 颁.エレガンス の物理的な刺激の驯化学习?记忆现象と神経回路
（上段?左）线虫は、通常、接触刺激や振动などの物理的な刺激を感じると、忌避するように后ずさりする。
（上段?右）6时间程度断続的に刺激を与え続けると、この刺激に驯れ、18时间后に再び刺激を与えても顕着に后ずさりする量が减少、もしくは消失する。そこで、驯れる前后の移动距离を数値化して比较できれば、线虫の记忆を定量化できると考えた。
（下段）本研究から、図の神経回路において、础痴础と础痴顿の二つの介在神経细胞が、「驯れ」の记忆の保持に関わることが明らかになった。図の神経接続では、仮に、片方の细胞による记忆维持が损なわれても、他方の细胞の记忆维持が正常である限り、记忆は损なわれない。つまり、记忆が完全に损なわれるのは両神経细胞による记忆维持が异常になった场合のみであることから、记忆の维持がより顽强であるという利点がある。図のような神経接続パターンは哺乳类においてもよく见られることから、顽强な驯れの记忆の仕组みは哺乳类においても保存されている可能性がある。
详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
Takuma Sugi, Yasuko Ohtani, Yuta Kumiya, Ryuji Igarashi, and Masahiro Shirakawa
"High-throughput optical quantification of mechanosensory habituation reveals neurons encoding memory in Caenorhabditis elegans"
PNAS published ahead of print November 17, 2014
掲载情报
- 科学新聞（12月5日 1面）に掲載されました。
