線虫が塩味の好みを逆転するしくみを解明－神経回路は餌と共に育った環境塩濃度を記憶し、その方向へ線虫をナビゲートする－〔岡山大学, 室蘭工業大学〕

岡山大学と室蘭工業大学の共同研究成果プレスリリースです。

2025（令和7）年 3月 11日
国立大学法人岡山大学

https://www.okayama-u.ac.jp/

＜発表のポイント＞

• C. elegans（線虫）は、餌と共に飼育された環境塩濃度を好み、その方向へ進んでゆく性質を示す。

• つまり現環境より高塩濃度下で育った線虫は塩味を好み、逆に低塩濃度育成の線虫は塩味を嫌う。

• 飼育環境に依存した塩濃度記憶による塩味の好みの逆転は、塩を検知する感覚ニューロンとその下流の介在ニューロンの間の結合特性の反転を導く「シナプス可塑性」に起因することを、シミュレーション実験を用いて実証した。

• これはヒトを含む哺乳類では観測されていない、新たなタイプのシナプス可塑性である。

◆研究の概要
　岡山大学大学院環境生命自然科学研究科博士前期課程1年の弘中誠勝大学院生と、室蘭工業大学大学院工学研究科の墨智成教授（研究当時：岡山大学異分野基礎科学研究所准教授）は、機械学習の一種である進化的アルゴリズムを適用し、線虫の塩走性を再現する神経回路モデルを生成することで、

　（1）餌と共に育てられた環境塩濃度を記憶としてコード化する仕組み

　（2）コード化された塩濃度記憶を読み出し、塩嗜好性（塩味の好み）を逆転させる新たなタイプのシナプス可塑性

　（3）好みの塩濃度方向へ線虫をナビゲートする神経回路メカニズム

を、シミュレーション実験を用いて明らかにしました。

　ヒトを含むマウスなどの学習や記憶では、興奮性シナプス結合の強度を強めたり弱めたりする、いわゆる長期増強/長期抑制と呼ばれるシナプス可塑性の関与が知られています。一方、塩濃度勾配下の線虫において観測される好みの塩濃度方向へ徐々に向きを変えながら進む風見鶏と呼ばれる塩走性では、塩濃度変化を検知する感覚ニューロンとその下流に位置する介在ニューロンの間のシナプス結合特性を、興奮性から抑制性へ反転させる新規のシナプス可塑性により、塩嗜好性を逆転している事が、シミュレーション実験を通じて明らかとなりました。

　本研究による知見は、種を超えて観測される文脈依存的走性を制御する神経回路において、連合学習と記憶の読み出しがどのように実現されるのか、その根底にあるメカニズムを解明してゆくための基盤となることが期待されます。

　本研究成果は、2025年2月19日に国際科学誌「elife」に掲載されました。

餌と共に飼育された線虫における環境塩濃度の連合学習と塩濃度勾配下に置かれた線虫の塩濃度記憶に依存したクリノタクシス（風見鶏）による塩走性。

◆発表者

　弘中　誠勝　岡山大学大学院環境生命自然科学研究科博士前期課程1年

　墨　智成　　室蘭工業大学大学院工学研究科 しくみ解明系領域（研究当時：岡山大学異分野基礎科学研究所教授准教授）

◆論文情報
　論文名：A neural network model that generates salt concentration memory-dependent chemotaxis in Caenorhabditis elegans
　雑　誌：elife
　著者名：Masakatsu Hironaka, Tomonari Sumi
　DOI：10.7554/eLife.104456

◆研究資金
　本研究成果は、令和6年度第46回両備檉（てい）園記念財団 生物学研究助成金、並びに科学研究費助成事業（23K23156）により助成を受けています。

◆詳しい研究内容について
　線虫が塩味の好みを逆転するしくみを解明－神経回路は餌と共に育った環境塩濃度を記憶し、その方向へ線虫をナビゲートする－

　https://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/press_r6/press20250310-1.pdf

◆参 考
・室蘭工業大学 しくみ解明系領域 数理生命研究室

　https://sites.google.com/view/mb-lab/home

・岡山大学大学院環境生命自然科学研究科

　https://www.elst.okayama-u.ac.jp/

・岡山大学異分野基礎科学研究所（RIIS）
　http://www.riis.okayama-u.ac.jp/

◆参考情報
・【岡山大学】新型コロナ後遺症の原因とされる宿主内持続感染は起きるのか 〜全身性感染と不十分な免疫応答は持続感染のリスク要因に〜
　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000778.000072793.html
・【岡山大学】最終普遍共通祖先LUCAの炭素代謝経路を支配する新たな速度論的仮説 〜速度論的競合が生み出す炭素代謝経路の多様性〜
　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000306.000072793.html
・【岡山大学】水はタンパク質の立体構造を不安定化する ～長年信じられてきたタンパク質変性メカニズムの見直しへ～
　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000249.000072793.html
・アザラシの海洋適応に伴うタンパク質進化のしくみを解明
　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000233.000072793.html

・【岡山大学】ムスカリン受容体依存シナプス可塑性の仕組みとアルツハイマー病との関係 〜学習と記憶を司るNMDA受容体依存シナプス可塑性との統一的理解〜                                                   

　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000001261.000072793.html

・【岡山大学】タンパク質と水と共溶媒の「三角関係」を解く方法を考案 ～タンパク質医薬品の開発に必要な膨大な計算コストの効率化に貢献～

　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000001698.000072793.html

・【岡山大学】持続感染を伴う新型コロナ後遺症の予防法並びに治療法の検討〜ワクチンと抗ウイルス薬の同時併用には症状回復の効果が期待される〜

　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000002454.000072793.html

岡山大学津島キャンパス（岡山市北区）

◆本件お問い合わせ先

＜研究に関する問い合わせ＞
　室蘭工業大学大学院工学研究科しくみ解明系領域 教授　墨 智成（すみ ともなり）
　TEL：[phone]
　https://sites.google.com/view/mb-lab/home

＜報道に関する問い合わせ＞
　国立大学法人室蘭工業大学 総務広報課 秘書広報係

　TEL：[phone]

　国立大学法人岡山大学 総務・企画部 広報課
　TEL：[phone]

＜岡山大学の産学官連携などに関するお問い合わせ先＞
　岡山大学研究・イノベーション共創機構 産学官連携本部
　〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中1-1-1　岡山大学津島キャンパス 本部棟1階
　TEL：[phone]
　E-mail：sangaku◎okayama-u.ac.jp
　　　　　※ ◎を@に置き換えて下さい
　https://www.orsd.okayama-u.ac.jp/

＜岡山大学の研究機器共用（コアファシリティ）などに関するお問い合わせ先＞

　岡山大学研究・イノベーション共創機構 機器共用推進本部

　〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中1-1-1 岡山大学津島キャンパス 本部棟1階

　TEL：[phone]
　FAX：[phone]

　E-mail：cfp◎okayama-u.ac.jp

　　　　　※ ◎を@に置き換えて下さい

　https://fspp.kikibun.okayama-u.ac.jp/

＜岡山大学のスタートアップ・ベンチャーなどに関するお問い合わせ先＞

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　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000002800.000072793.html

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  https://www.okayama-u.ac.jp/tp/news/news_id13987.html