回路適応により生じるトランスラトームダイナミクスと多様性の理解 ／Exploring the diversity of activity-dependent translatome dynamics

神経回路の可塑的な機能変化は動物の行動適応の根幹であり、個別シナプスから細胞集団まで異なる階層にわたり研究されてきました。経験や状態変化に応じて獲得した可塑的変化の維持には、特定細胞での新規タンパク質合成が重要であることが分かっています。しかし、可塑的変化に応じて特定の適応回路で翻訳されるべきタンパクが何であり、そのタンパクがどのように機能することで安定化するかに関しての知見は未だ断片的です。さらに、長期的な可塑的変化が生じる際には転写非依存的なmRNA翻訳が必要であることが示唆されています。このことから、適応における特定回路の分子変化を理解するためには、神経活動に応じた変化を転写だけでなく翻訳に関してもプロファイリングする系が必要となります。
本研究では、ショウジョウバエの細胞種特異的な遺伝子発現系と比較トランスラトーム・トランスクリプトーム解析を組み合わせ、神経活動依存的な転写・翻訳の経時変化を明らかにすることを目指します。特に「刺激後の時間」と「細胞種」という2変数に焦点を当て、適応回路で起こる可塑的変化をトランスラトームから解明します。第一期公募研究では、光刺激による脱分極に伴う転写・翻訳応答の変化をプロファイルした結果、神経活動依存的に翻訳活性が有意に変化する百数十の遺伝子のうち過半数は翻訳に関わるタンパク質をコードしていることが明らかになりました。そこで第二期公募研究では細胞種特異性をさらに向上させ、昆虫の記憶中枢として知られるキノコ体の内在性神経「ケニオン細胞」に焦点を絞り翻訳応答をプロファイルします。連合記憶の形成・保持・読み出しの全ての段階に重要な役割を果たすケニオン細胞において、翻訳応答の可塑的変化を明らかにすることで回路適応の細胞多様性の理解を試みます。

文献

• Ichinose T et al. (2023) Translational regulation enhances distinction of cell types in the nervous system. eLife: e90713.
• Modi MN et al. (2020) The Drosophila Mushroom Body: From Architecture to Algorithm in a Learning Circuit. Annu Rev Neurosci 43: 465-484.
• Ingolia NT et al. (2009) Genome-wide analysis in vivo of translation with nucleotide resolution using ribosome profiling. Science 324(5924): 218-23.