自然集団のショウジョウバエにおける社会的ネットワーク行動の遺伝的基盤と可塑性

Core Concepts

ショウジョウバエの社会的ネットワーク行動は、神経ペプチドDrosulfakininによって制御され、発達初期の社会経験によって適応的に変化する。

Abstract

本研究は、ショウジョウバエの自然集団における社会的ネットワーク行動(SNB)の遺伝的基盤と可塑性を明らかにしている。

SNBは、個体間の社会的距離(SD)の指標によって定量的に評価された。175系統のDrosophila Genetics Reference Panelにおいて、SDが短い系統は発達時間が長く、摂食量が少なく、活動性が低いという特徴を示した。これらの発達劣位は、集団飼育によって補償されることが明らかになった。一方、発達初期の社会的隔離は、成体期の社会的相互作用の恩恵を消失させ、生理的ストレスに対するSNBの可塑性を阻害した。

トランスクリプトーム解析の結果、SDの遺伝的多様性が示された一方で、社会的隔離は、SDの表現型に関わらず、特定の遺伝子経路を再プログラミングすることが明らかになった。特に、成体脳の3対のDrosulfakinin(Dsk)ニューロンの発現が社会的隔離によって抑制された。雄特異的なDsk-CCKLR-17D1シグナリングが、SNBの可塑性を仲介していることが示された。実際、Dskシグナリングの遺伝的操作は、社会経験の状態を模倣することができた。

以上の結果から、ショウジョウバエは、発達初期の経験を神経メカニズムによってエンコードし、集団特性を適応的に変化させる能力を進化させていることが提案された。

Stats

短SDラインの幼虫は、長SDラインの幼虫に比べて、掘り込み活性と摂食量が低かった。
短SDラインの幼虫は、単独飼育によって発達時間が延長し、成体雄の割合が低下した。
社会的隔離は、Dskとその2つの受容体(CCKLR-17D1とCCKLR-17D3)の発現を抑制した。

Quotes

「ショウジョウバエは、発達初期の経験を神経メカニズムによってエンコードし、集団特性を適応的に変化させる能力を進化させている」
「雄特異的なDsk-CCKLR-17D1シグナリングが、SNBの可塑性を仲介している」

Key Insights Distilled From

Drosulfakinin signaling encodes early-life memory for adaptive social plasticity

by Jeong,J., Kw... at www.biorxiv.org 04-11-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.08.588562v1

Deeper Inquiries

ショウジョウバエ以外の動物種でも、Dsk/CCKシグナリングが社会行動の可塑性に関与しているか?

Dsk（Drosulfakinin）およびその哺乳類ホモログであるCCK（Cholecystokinin）シグナリングは、社会行動の可塑性において重要な役割を果たすことが示唆されています。特に、Drosophilaにおける研究は、Dskシグナリングが社会的経験に基づく行動の調整に寄与することを明らかにしました。哺乳類においても、CCKは食欲、攻撃性、探索行動に関連しており、社会的相互作用や環境に応じた行動の調整に関与していると考えられています。したがって、Dsk/CCKシグナリングは、ショウジョウバエ以外の動物種においても社会行動の可塑性に寄与している可能性が高いです。特に、社会的ストレスや環境変化に対する適応的な行動変化を促進するメカニズムとして、Dsk/CCKシグナリングの保存された機能が重要であると考えられます。

雌ショウジョウバエにおいて、なぜDsk-CCKLR-17D1シグナリングが社会的可塑性に関与しないのか?

雌ショウジョウバエにおいてDsk-CCKLR-17D1シグナリングが社会的可塑性に関与しない理由は、性差に起因する神経回路の違いにあります。研究によると、Dskを発現する神経細胞は、雌と雄で異なる神経解剖学的特性を持ち、特に雄の脳ではDskシグナリングが社会的行動の調整に寄与することが示されています。雌の脳では、Dskシグナリングの効果が弱く、社会的経験が神経活動に与える影響が限定的であるため、社会的可塑性が発現しにくいと考えられます。この性差は、進化的に異なる生殖戦略や社会的役割に関連している可能性があり、雌の行動が雄とは異なる生理的および行動的要求に基づいていることを示唆しています。

ショウジョウバエの社会的ネットワーク行動の進化的意義は何か?

ショウジョウバエの社会的ネットワーク行動（SNB）は、個体の生存や繁殖において重要な役割を果たす進化的意義を持っています。社会的相互作用は、食物の探索、捕食者からの防御、繁殖機会の増加など、個体の適応度を高める要因となります。特に、SNBは群れの中での個体間の距離を調整し、集団の効率的な行動を促進します。研究によると、社会的経験は個体の生理的特性や行動に影響を与え、特に早期の社会的経験が後の行動の可塑性に寄与することが示されています。このように、ショウジョウバエの社会的ネットワーク行動は、個体の適応能力を高め、集団全体の生存戦略を強化する進化的なメカニズムとして機能していると考えられます。