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本研究では、このように、C.elegansのオスは、食物シグナルと生物学的性別を統合して、状態依存性の化学感覚と行動の優先順位を調節しています
C. elegans Males Integrate Food Signals and Biological Sex to Modulate State-Dependent Chemosensation and Behavioral Prioritization.
PMID: 32531276 DOI: 10.1016/j.cub.2020.05.006.
抄録
本研究では、内部と外部の合図を動的に統合することが、柔軟で適応的な行動に不可欠であることを明らかにした。線虫では、生物学的性別と摂食状態が食物関連化学受容体であるODR-10の発現を制御しており、食物検出や摂食と探索の判断の可塑性に寄与している。線虫の成体では、雌雄ではODR-10の発現が高いが、餌を十分に摂取した成体の雄では発現が低く、探索的な求婚行動を促進する。餌を奪われると、オスのODR-10発現が一過性に活性化し、食物に対する感受性が高まり、離脱が減少することがわかった。本研究では、性差に特化した神経内分泌系のフィードバックループを明らかにし、食餌制限に応答してODR-10を制御していることを明らかにした。十分に栄養を摂取した男性では、インスリン様シグナル（インスリン/IGF-1シグナル）とトランスフォーミング成長因子β（TGF-β）シグナルがODR-10の発現を抑制している。食物欠乏時には、ODR-10はDAF-16/FoxO（線虫のIISエフェクター）によって直接活性化される。TGF-βリガンドDAF-7は、おそらくIISの上流で作用し、ASJにおけるDAF-7の男性特有の発現の一部に起因して、オスのみでodr-10に摂食をリンクしています。驚くべきことに、食物欠乏に対するこれらの反応は、内部代謝の合図ではなく、むしろ食物に関連した感覚信号の喪失によって引き起こされる。オスが食べられない食物の存在下で飢餓状態にある場合、オスは栄養ストレスを受けるが、ODR-10の発現は低いままであり、探索行動は飢餓状態のコントロールオスよりも抑制されている。また、食物信号は少数の感覚ニューロンによって検出され、その活動はdaf-7の発現、IIS、ODR-10を非自律的に制御している。このように、C.elegansのオスは、食物検出と遺伝的性別を統合した神経内分泌フィードバックループを利用して、化学受容体の発現を動的に調節し、摂食対探索の決定に影響を与えているのである。
Dynamic integration of internal and external cues is essential for flexible, adaptive behavior. In C. elegans, biological sex and feeding state regulate expression of the food-associated chemoreceptor odr-10, contributing to plasticity in food detection and the decision between feeding and exploration. In adult hermaphrodites, odr-10 expression is high, but in well-fed adult males, odr-10 expression is low, promoting exploratory mate-searching behavior. Food-deprivation transiently activates male odr-10 expression, heightening food sensitivity and reducing food leaving. Here, we identify a neuroendocrine feedback loop that sex-specifically regulates odr-10 in response to food deprivation. In well-fed males, insulin-like (insulin/IGF-1 signaling [IIS]) and transforming growth factor β (TGF-β) signaling repress odr-10 expression. Upon food deprivation, odr-10 is directly activated by DAF-16/FoxO, the canonical C. elegans IIS effector. The TGF-β ligand DAF-7 likely acts upstream of IIS and links feeding to odr-10 only in males, due in part to the male-specific expression of daf-7 in ASJ. Surprisingly, these responses to food deprivation are not triggered by internal metabolic cues but rather by the loss of sensory signals associated with food. When males are starved in the presence of inedible food, they become nutritionally stressed, but odr-10 expression remains low and exploratory behavior is suppressed less than in starved control males. Food signals are detected by a small number of sensory neurons whose activity non-autonomously regulates daf-7 expression, IIS, and odr-10. Thus, adult C. elegans males employ a neuroendocrine feedback loop that integrates food detection and genetic sex to dynamically modulate chemoreceptor expression and influence the feeding-versus-exploration decision.
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