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凯尔曼实验室

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我们选择研究的学习范式是求偶条件反射果蝇。这是一种自然发生的学习形式,在这种学习形式中,雄性学会选择合适的雌性作为求偶对象。天真果蝇雄性同时追求交配的雌性和处女,然而只有处女会接受它们的交配尝试。交配的雌性积极拒绝求爱的雄性。经历过这种拒绝后,雄性随后不太倾向于追求其他交配的雌性,但仍然会像社会上天真的雄性一样追求处女雌性。这种类型的学习被认为是由信息素介导的。然而,雌性的信息素分布和交配状态因地而异,因时间而异。因此,为了最大限度地提高它们的生殖成功,果蝇雄性应该根据当地环境调整它们的交配策略。与许多其他学习范式一样,这种行为改变可以是短期的,也可以是长期的,这取决于学习方案 (图 1)。我们的目标是理解构成这种强大的记忆形式的分子、细胞和电路机制。


求偶调理范式。当用不接受交配的雌性进行测试时,以前接触过交配的雌性的雄性比天真的 (假训练的) 雄性更不容易 (CI = 求偶指数; CI受训的天真)。暴露于 30 '不接受的雌性会导致长达 2 小时的求偶记忆 (短期记忆) 而暴露 6 小时会导致至少 24 小时的求偶抑制 (长期记忆)。

求偶调节的电路机制

我们最近发现了一个简单的学习规则,并确定了求偶调节神经元回路的关键成分。求偶学习反映了对雄性信息素顺式疫苗酰乙酸酯 (cVA) 的行为反应增强,这种信息素在交配后仍然存在于雌性身上,并将它们与处女区分开来。我们已经确定了原脑中一类特定的多巴胺能神经元,它对求偶记忆编码至关重要,并为蘑菇体 γ 叶 (MBg) 提供输入。我们假设,在学习过程中,多巴胺调节 MBg 神经元内 cVA 信号的处理, 导致对 cVA 的敏感性增加,从而增加区分交配女性和处女的能力 [1]。在我们正在进行的努力中,我们确定了求偶记忆读出所必需的电路的额外组件 (图 2)。

求偶调节电路。多巴胺能神经元,aSP13 (红色),调节 MB 输出神经元,M6 (绿色),对 MB g 神经元激活的反应 (黄色) 通过 DA1 PNs (深蓝色) 传输的信息素 cVA 信号,这增强了雄性的行为反应及其区分处女和交配雌性的能力。

我们的最终目标是解开一个完整的神经元回路,并对其进行表征,以了解这种行为可塑性是如何在果蝇大脑。

求偶记忆持久性的分子机制

长期记忆反映了神经元网络内特定突触中蛋白质合成依赖的分子和生化变化。CPEB 蛋白家族在许多生物环境中调节 mRNA 翻译,包括神经元。我们最近已经证明了果蝇CPEB 蛋白 Orb2 在求偶记忆的持久性中起着关键作用 (图 3)。具体来说,我们已经确定其富含谷氨酰胺的结构域 (Q 结构域) 对于其在长期记忆形成中的功能是必不可少的 [2]。此外,我们已经发现了一个新的机制,即 Orb2,以及可能的 CPEB 蛋白家族的其他成员,如何在记忆中发挥作用。我们已经确定了两个 Orb2 亚型,Orb2A 和 Orb2B,虽然都是必需的,并且包含相同的 Q 结构域和 RNA 结合 (RBD) 结构域,通过不同的机制在记忆形成中起作用。Orb2A 唯一需要其 1Q 域,而 Orb2B 需要其 RBD。此外,Orb2A 在 Q 结构域和神经元活动依赖方式中诱导与 Orb2B 的复合物 [3]。金宝搏官方

长期求偶记忆需要 Orb2。在 orb2 中,求偶记忆不会持续超过 9 小时DQ突变体。Orb2 的 LIsDQ/Orb2DQ突变和野生型苍蝇。

LI = (CI天真的-CI受训的/CI天真的100

为了理解 Orb2 如何有助于长期求偶记忆,我们寻求识别和表征 mRNA 靶点,这些靶点受 Orb2 调节,对求偶记忆的持续至关重要。

我们研究的长期目标是提供一个关于求偶排斥的具体经验如何调节果蝇雄性随后的求爱策略。我们希望这将成为苍蝇和其他物种更复杂的学习和记忆形式的范例。