<i>ショウジョウバエ</i>の嗅覚応答は、投射ニューロンの組織でコード化されている

Olfactory responses of <i>Drosophila</i> are encoded in the organization of projection neurons.

抄録

ショウジョウバエの嗅覚系の電子顕微鏡（EM）画像から再構成された投射ニューロン（PN）は、神経細胞の解剖学的構造を詳細に示し、脳内の情報の流れを垣間見ることができる。触角葉（AL）の58個の糸球体を構成する約150個のuPNは、軸索の延長上に束ねられ、ALで受け取った嗅覚信号を茸体（MB）萼片と側角（LH）にルーティングしている。ここでは、神経細胞間の距離を定量化し、ショウジョウバエが感じる匂いの種類との関係を検討した。糸球体を構成するホモタイプのuPNは、ALにおける糸球体PN組織が高次脳中枢で維持されなくなったにもかかわらず、神経孔全体に強固に束ねられ、位置が定位している。代わりに、複数のホモタイプからなる匂いタイプ依存性のクラスターがMB萼片とLHを神経支配している。MB calyx ではフェロモン制御ホモタイプと湿度・熱感知ホモタイプが空間的に分離しており、LH ではフェロモン制御ホモタイプと湿度・熱感知ホモタイプの分離に加え、食物関連の 2 つの異なるクラスターが見出され た。我々は、同型のuPN群間の空間構成と、ある種のステレオタイプの嗅覚反応との間に、統計的に有意な関連性があることを見いだした。このことは、PN と LHN のシナプスインターフェースにおいて、ホモタイプ（あるいは匂いタイプ）に特化したシグナルの統合が起きていることを示唆している。この結果は、嗅覚情報の一部は、脳の内部で神経計算が行われる前に、すでにuPNの空間構成にコード化されていることを示唆しており、<i>ショウジョウバエ</i>の嗅覚系では、ある程度の標識線戦略が働いていることを明らかにするものであった。

The projection neurons (PNs), reconstructed from electron microscope (EM) images of the <i>Drosophila</i> olfactory system, offer a detailed view of neuronal anatomy, providing glimpses into information flow in the brain. About 150 uPNs constituting 58 glomeruli in the antennal lobe (AL) are bundled together in the axonal extension, routing the olfactory signal received at AL to mushroom body (MB) calyx and lateral horn (LH). Here we quantify the neuronal organization in terms of the inter-PN distances and examine its relationship with the odor types sensed by <i>Drosophila</i>. The homotypic uPNs that constitute glomeruli are tightly bundled and stereotyped in position throughout the neuropils, even though the glomerular PN organization in AL is no longer sustained in the higher brain center. Instead, odor-type dependent clusters consisting of multiple homotypes innervate the MB calyx and LH. Pheromone-encoding and hygro/thermo-sensing homotypes are spatially segregated in MB calyx, whereas two distinct clusters of food-related homotypes are found in LH in addition to the segregation of pheromone-encoding and hygro/thermo-sensing homotypes. We find that there are statistically significant associations between the spatial organization among a group of homotypic uPNs and certain stereotyped olfactory responses. Additionally, the signals from some of the tightly bundled homotypes converge to a specific group of lateral horn neurons (LHNs), which indicates that homotype (or odor type) specific integration of signals occurs at the synaptic interface between PNs and LHNs. Our findings suggest that before neural computation in the inner brain, some of the olfactory information are already encoded in the spatial organization of uPNs, illuminating that a certain degree of labeled-line strategy is at work in the <i>Drosophila</i> olfactory system.