波長/フリッツレセプター シグナリングによる分節特異的な軸索誘導がショウジョウバエ幼虫の運動コマンドを多様化させる

Belangrijkste concepten

分節特異的な軸索誘導の分子メカニズムが、ショウジョウバエ幼虫の運動コマンドの多様化に寄与する。

Samenvatting

本研究では、ショウジョウバエ幼虫の分節特異的な運動コマンド ニューロン(Wave ニューロン)の軸索誘導メカニズムを明らかにした。

Wave ニューロンは、体節に応じて前方運動と後方運動を誘発する機能が分化している。この分化は、Wnt/Frizzled (Fz)シグナリングによって制御されている。

DFz2受容体は、Wave ニューロンの後方への軸索伸長を抑制することで、前方運動と後方運動の分化に寄与する。一方、DFz4受容体は、後方Wave ニューロンの後方への軸索伸長を促進する。これらの受容体は、共通のリガンドであるDWnt4を介して、分節特異的な軸索誘導を行っている。

DFz2ノックダウンにより、前方Wave ニューロンが後方に軸索を伸長し、前方運動を誘発するようになる。このように、単一の遺伝子操作で運動コマンドが変化することから、神経回路の柔軟な改変が行動の進化に寄与する可能性が示唆された。

Statistieken

触覚刺激に対する前方運動の速度が、DFz2ノックダウン個体で有意に速くなった。
DFz2ノックダウン個体では、触覚刺激に対する後方運動の頻度が有意に減少した。

Citaten

「単一のニューロンクラスの遺伝子操作で、動物全体の行動戦略を変化させることができる」
「感覚運動変換回路の柔軟な改変が、行動の進化に寄与する可能性がある」

Belangrijkste Inzichten Gedestilleerd Uit

Segment-specific axon guidance by Wnt/Fz signaling diversifies motor commands in Drosophila larvae

by Takagi,S., T... om www.biorxiv.org 09-05-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.09.05.555126v2

Diepere vragen

DFz2とDFz4の発現パターンの違いが、どのように軸索誘導の分化に寄与しているのか

DFz2とDFz4の発現パターンの違いは、Waveニューロンの軸索誘導の分化に重要な役割を果たしています。DFz2は前方への軸索伸長を抑制し、DFz4は後方への軸索伸長を促進することが示されています。具体的には、DFz2のノックダウンにより、Waveニューロンの軸索が後方へと異常に伸長し、逆にDFz4のノックダウンでは後方への軸索伸長が短縮されます。このような相補的な役割によって、WaveニューロンのA-P軸に沿った軸索誘導が調節され、セグメントごとに異なる挙動を制御することが可能となっています。

DFz2ノックダウンによる前方運動の増強は、どのような神経回路の変化に基づいているのか

DFz2ノックダウンによる前方運動の増強は、神経回路の変化に基づいています。具体的には、DFz2のノックダウンにより、a-Waveニューロンの軸索が後方へと異常に伸長し、通常は後方運動を誘導するp-Waveニューロンと同様の回路に接続する可能性があります。この結果、a-Waveニューロンは通常とは異なる神経回路とシナプスを形成し、前方運動を誘導する能力を獲得します。したがって、DFz2のノックダウンによって、Waveニューロンの神経回路が再配線され、前方運動の増強が引き起こされると考えられます。

Wnt/Fzシグナリングが、他の神経回路の分化や進化にどのように関与しているのか

Wnt/Fzシグナリングは、他の神経回路の分化や進化にも関与しています。本研究では、Wnt/FzシグナリングがWaveニューロンの軸索誘導を制御し、セグメントごとに異なる挙動を誘導することが示されました。このような分子メカニズムは、神経回路の形成や機能の多様化に普遍的な原則を提供し、神経系の進化において新たな行動を獲得するメカニズムを可能にします。さらに、Wnt/Fzシグナリングが軸索誘導において重要な役割を果たすことから、他の神経回路の形成や進化においても同様のメカニズムが働いている可能性があります。