病原体回避行動を制御する神経回路の同定

Core Concepts

病原体暴露後のC. elegansの行動変化は、細菌の再侵入を阻害する2つの神経回路の協調的な変化によって駆動される。

Abstract

本研究では、C. elegansの病原体回避行動の神経基盤を明らかにした。

病原体暴露後、C. elegansは細菌の再侵入を阻害する2つの行動変化を示す:

細菌の芝生からの退出率の上昇
細菌の芝生への再侵入の遅延

圧縮センシングに基づく網羅的な神経系スクリーニングにより、これらの行動変化を制御する神経細胞が同定された:

退出行動は、CEP、HSN、RIA、RID、SIAニューロンによって制御される
再侵入の遅延は、AIY、SIA、AVK、MIニューロンによって制御される

自由行動下での神経活動イメージングにより、病原体暴露によってAIY、AVK、SIAニューロンの活動が抑制されることが示された
AIYとSIAニューロンの活動操作実験により、これらのニューロンが再侵入行動を制御することが確認された

Stats

病原体暴露後、C. elegansの細菌芝生からの退出率は1時間以内に急激に上昇し、10時間後に1時間あたり1回の退出率に達した。
病原体暴露後5時間以降、C. elegansの細菌芝生への再侵入の潜時が著しく増大し、12時間後には平均36.7±3.5分となった。
AIYニューロンの活動は病原体暴露後に持続的に抑制された。
AVKとSIAニューロンの活動も病原体暴露後に長期的に抑制された。

Quotes

"病原体暴露後のC. elegansの行動変化は、細菌の再侵入を阻害する2つの行動変化を示す:1. 細菌の芝生からの退出率の上昇、2. 細菌の芝生への再侵入の遅延"
"圧縮センシングに基づく網羅的な神経系スクリーニングにより、これらの行動変化を制御する神経細胞が同定された:退出行動はCEP、HSN、RIA、RID、SIAニューロンによって、再侵入の遅延はAIY、SIA、AVK、MIニューロンによって制御される"
"AIYとSIAニューロンの活動操作実験により、これらのニューロンが再侵入行動を制御することが確認された"

Key Insights Distilled From

Compressed sensing based approach identifies modular neural circuitry driving learned pathogen avoidance

by Hallacy,T., ... at www.biorxiv.org 04-13-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.10.588911v1

Deeper Inquiries

病原体暴露によるニューロン活動の長期的な変化がどのようなメカニズムで生じるのか?

病原体暴露によるニューロン活動の長期的な変化は、AIYとSIAという特定のニューロンタイプの活動の減少によって引き起こされます。これらのニューロンは、病原体暴露による行動変化をエンコードし、過去の病原体暴露の情報を神経活動の状態に反映させます。AIYとSIAは、病原体暴露後に神経活動の減少を示し、これによって行動の変化が引き起こされます。この減少した神経活動は、AIYとSIAの間での正の自己調節フィードバックを介して、長期的な変化をもたらす可能性があります。また、AIYに高い発現が見られるPDF-2というネウロペプチドが、このフィードバックメカニズムを提供する可能性があります。

病原体回避行動の制御に関与する他の感覚入力はどのようなものか?

病原体回避行動の制御には、SIAsがURXとCEPという感覚ニューロンと接続していることが関与しています。URXは代謝信号や先天免疫応答の調節に重要な役割を果たし、CEPは細菌の検出を仲介し、運動を抑制することが知られています。SIAsはこれらの感覚ニューロンからの入力を統合し、化学感覚と機械感覚の刺激を統合する可能性があります。また、AIYは化学感覚の回路の一部であり、化学感覚の要素を担当している可能性があります。

病原体回避行動の制御と他の行動制御との関係はどのようなものか?

病原体回避行動の制御は、他の行動制御とは異なるモジュール化された制御を示しています。具体的には、AIY、SIA、AVK、MIなどの特定のニューロンが病原体回避行動の制御に関与しており、これらのニューロンは異なる行動モジュールを制御しています。これらのニューロンは、病原体回避行動に必要な個々の行動遷移を調節しており、病原体の除去に必要な行動遷移が変化するため、これらの行動モジュールが同時に変化する必要があることを示しています。このように、病原体回避行動の制御は、異なるニューロン集団によってモジュール化されており、異なる行動遷移を調節するために複数のニューロンが協調して働いています。