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ムスカリン性アセチルコリン受容体シグナリングは、単純な視覚回路にOFF選択性を発生させる
Muscarinic acetylcholine receptor signaling generates OFF selectivity in a simple visual circuit.
PMID: 31501438 PMCID: PMC6733798. DOI: 10.1038/s41467-019-12104-w.
抄録
視覚処理におけるONとOFFの選択性は、光の増分または減分のいずれかに応答する並列経路によってコード化されています。ショウジョウバエの幼虫は、分割チャネルをサポートする解剖学的特徴を欠いているにもかかわらず、効果的に視覚的に誘導された行動を実行します。この単純な回路で視覚計算を導く原理を理解するために、我々は幼虫の視覚介在ニューロンの生理学的特性と行動の関連性を調査することに焦点を当てています。その結果、幼虫の視覚回路におけるON対OFFの識別は、光によってコリン作動性インターニューロン（cha-LOLP）を脱分極し、グルタミン酸作動性インターニューロン（glu-LOLP）を過分極するコリン作動性シグナル伝達によって生じることを発見した。さらに、ムスカリン性アセチルコリン受容体（mAchR）/Gαoシグナリングは、グル-OLPのOFF検出に必要なサイン反転を生成し、その破綻は下流のプロジェクションニューロンの生理的応答と暗所誘発性の一時停止行動の両方に強く影響することが、遺伝学的研究から明らかになっている。これらの研究により、ショウジョウバエ幼虫の視覚系におけるONとOFFの識別の基礎となる分子機構と回路機構を明らかにした。
ON and OFF selectivity in visual processing is encoded by parallel pathways that respond to either light increments or decrements. Despite lacking the anatomical features to support split channels, Drosophila larvae effectively perform visually-guided behaviors. To understand principles guiding visual computation in this simple circuit, we focus on investigating the physiological properties and behavioral relevance of larval visual interneurons. We find that the ON vs. OFF discrimination in the larval visual circuit emerges through light-elicited cholinergic signaling that depolarizes a cholinergic interneuron (cha-lOLP) and hyperpolarizes a glutamatergic interneuron (glu-lOLP). Genetic studies further indicate that muscarinic acetylcholine receptor (mAchR)/Gαo signaling produces the sign-inversion required for OFF detection in glu-lOLP, the disruption of which strongly impacts both physiological responses of downstream projection neurons and dark-induced pausing behavior. Together, our studies identify the molecular and circuit mechanisms underlying ON vs. OFF discrimination in the Drosophila larval visual system.