24時間の捕食の脅威は、ゼノパスのオタマジャクシの脳の軸索の伸長を活性化した

Predation threats for a 24-h period activated the extension of axons in the brains of Xenopus tadpoles.

• Tsukasa Mori
• Yoichiro Kitani
• Den Hatakeyama
• Kazumasa Machida
• Naoko Goto-Inoue
• Satoshi Hayakawa
• Naoyuki Yamamoto
• Keiko Kashiwagi
• Akihiko Kashiwagi

抄録

捕食の脅威は動物の進化の原動力である。私たちはこれまでに、Xenopus laevisがオオサンショウウオの幼虫捕食者の存在下で尾筋を強化し、泳ぎの速度を向上させたことを報告しています。ここでは、3'tagデジタル遺伝子発現プロファイリングを用いて、捕食の脅威下にあるオタマジャクシの脳に誘導された遺伝子発現変化を調べた。その結果、多くの筋肉遺伝子が捕食の24時間後に発現していることがわかった。さらに、Ingenuity経路解析により、捕食の脅威の24時間後には、アクチン細胞骨格やCREB経路に影響を与える様々なシグナル伝達遺伝子が刺激され、微小管ダイナミクス、軸索形成、認知、記憶を増加させる可能性があることが示された。微小管ダイナミクスの増加を確認するために、オタマジャクシの鼻孔からDiIを挿入した。その結果、オタマジャクシの鼻孔から大脳に向かって軸索が伸びていることが明らかになり、24時間捕食された後、対照群と比較して軸索の伸びが有意に増加した(P≤0.0001)ことがわかった。このような信号伝達のダイナミックな変化は、微小管ダイナミクスから示唆されるように、神経ネットワークに新たな接続をもたらすように思われた。これらの接続は、記憶・認知能力の向上につながり、結果として生存能力を向上させる可能性があると考えられる。

The threat of predation is a driving force in the evolution of animals. We have previously reported that Xenopus laevis enhanced their tail muscles and increased their swimming speeds in the presence of Japanese larval salamander predators. Herein, we investigated the induced gene expression changes in the brains of tadpoles under the threat of predation using 3'-tag digital gene expression profiling. We found that many muscle genes were expressed after 24 h of exposure to predation. Ingenuity pathway analysis further showed that after 24 h of a predation threat, various signal transduction genes were stimulated, such as those affecting the actin cytoskeleton and CREB pathways, and that these might increase microtubule dynamics, axonogenesis, cognition, and memory. To verify the increase in microtubule dynamics, DiI was inserted through the tadpole nostrils. Extension of the axons was clearly observed from the nostril to the diencephalon and was significantly increased (P ≤ 0.0001) after 24 h of exposure to predation, compared with that of the control. The dynamic changes in the signal transductions appeared to bring about new connections in the neural networks, as suggested by the microtubule dynamics. These connections may result in improved memory and cognition abilities, and subsequently increase survivability.