関連する研究記事KoKI、Root CM、Lindsay SA、Zaninovich OA、Shepherd AK、Wasserman SA、Kim SM、Wang JW 2015.飢餓は、並列神経調節回路を介して食欲の嗅覚行動の協調調節を促進します。 eLife4：e08298。 doi：10.7554 / eLife.08298
Image Hungerは、ハエの嗅覚システムが食べ物の匂いを処理する方法を変更します
一般的な表現では、「酢よりも蜂蜜の方が多くのハエを捕まえることができる」と私たちは信じています。しかし、これはキイロショウジョウバエの場合には当てはまりません（xkcd、2007）。大人のハエは、熟れすぎた果物の微生物を探し、その匂いの感覚に頼って、果物が発酵するにつれて蓄積する酢酸（酢に刺激的な香りを与える化学物質）を検出します。しかし、ハエは低レベルの酢（果物が十分に熟していないことを示唆している）と高レベルの酢（果物が腐っている可能性があることを示唆している）の両方を無視または回避する傾向があります。
今、 eLifeでは、カリフォルニア大学サンディエゴ校のJing Wangとその同僚（最初の著者としてKang Koを含む）が、空腹時に幅広い酢の匂い濃度を追求できるようにする「ハエ」の脳で何が起こっているかをエレガントに明らかにしています（Ko et al。、2015）。彼らのデータはまた、飢餓が以前に予想されていたよりも嗅覚情報の早期処理に微妙な影響を与えることを示しています。空腹は単にハエの食物臭に対する感受性を調整するだけではありません。代わりに、それはハエが次善の食物源を採餌することを奨励する特定の反応（興奮性と抑制性の両方）を引き起こします。そうすることで、Ko等。空腹時に食料品の買い物に行くのは賢明ではないという考えを裏付ける追加の証拠を提供する可能性があります。空腹の合図が、良い食べ物と悪い食べ物を区別する能力を損なう可能性がないためです。
Ko etal。の作品ショウジョウバエがこの重要な食物の匂いに関する情報を処理する方法に取り組んだ一連の研究の集大成です。ショウジョウバエでは、人間や他の脊椎動物と同じように、特定の揮発性化学物質を検出する嗅覚ニューロンが、糸球体と呼ばれる脳。同じ化学物質を検出する嗅覚ニューロンはすべて同じ糸球体に接続します。濃度に応じて、ミバエの脳内の40個ほどの糸球体のうち6〜8個を酢の匂いが活性化します。しかし、王による以前の画期的な研究グループは、DM1と呼ばれる単一の嗅覚糸球体の活動が、ハエの酢への魅力のほとんどを説明できることを明らかにしました（Semmelhack and Wang、2009）。 DM1に接続する受容体をオフにすると、ハエは酢の匂いを無視しました。一方、「無嗅覚」のハエ（つまり、ほとんどすべての匂いの感覚を失ったハエ）のDM1ニューロンの活動のみを回復することで、酢に再び引き付けられるようになりました。
酢の濃度はDM5と呼ばれる1つの余分な糸球体を動員し、DM5の活動自体が、匂いが強すぎる場合にハエが酢を避ける理由を説明できます（Semmelhack and Wang、2009）。したがって、DM1とDM5（異なる酢の臭い濃度で活性化される）間の競合的相互作用は、ハエが潜在的な食料源に近づくか、遠ざかることを決定するかどうかを最終的に決定する可能性があります。
空腹はに深刻な影響を及ぼします動物の行動、そして空腹のハエは、餌を与えられたハエよりもはるかに早く酢を混ぜた餌の小さな滴を見つけます（Root et al。、2011）。ホルモンのインスリンは間接的にこの効果を仲介します。飢餓はインスリンレベルを急落させ、一連のイベントを引き起こし、最終的にDM1嗅覚ニューロンに特定の受容体タンパク質の発現を増加させます。この受容体は、「短い神経ペプチドF」と呼ばれるシグナル伝達分子を検出します。受容体に結合すると、この神経ペプチドはDM1活性を効果的に増幅するか、「獲得」します。 DM1ニューロンはミバエの酢への誘引を制御するため、この発見は、インスリンシグナル伝達が空腹のハエをより広く食物を探すように導く方法をエレガントに説明しているように見えました。
これがすべてではないことが明らかになりました。テストされた臭気濃度の範囲を拡張することにより、Koらは、このメカニズムが、空腹のハエが酢の臭い濃度が低いことへの誘引をどのように高めるかを説明するだけであることを発見しました。短いニューロペプチドFによって媒介されるシグナル伝達が減少した場合（Ko et al。、2015）追加のニューロペプチドがこの違いを説明できるでしょうか？この欠落した空腹シグナルを検索するために、Ko et al。は他の受容体タンパク質を調査し、増加したものを探しました飢餓の結果として感覚ニューロンで。タキキニン受容体（略してDTKRと呼ばれる）は、特にハエの嗅覚ニューロンの応答を調整できることが知られているため、有力な候補として浮上しました（Ignell et al。、2009）。
Ko et al。の残りの話は、論理的なスクリプトに美しく従っています。DTKRのレベルをノックダウンすると、酢の匂いの濃度が高くても低くはない空腹のハエの餌探し行動が実際に減少しました。同様に、DM5（高レベルの酢の回避に関与する糸球体）は飢えたハエではあまり活動的ではありませんでしたが、DTKRがノックダウンされたとき、その活動は餌を与えられたハエの活動に戻すことができました。最後に、Ko etal。飢餓状態のハエにおいてDTKRの上流で作用する可能性のあるシグナルとしてインスリンを特定しました。
まとめると、データは、飢餓状態のハエにおけるインスリンレベルの低下が、短いニューロペプチドFとタキキニンを含む2つの相補的なニューロペプチドシグナル伝達システムをトリガーするモデルを示唆しています。 。 1つは、DM1糸球体での信号の伝達を助け、ハエを魅力的な食物の匂いに対してより敏感にします。並行して、もう1つはDM5での送信を拒否します。これにより、ハエは通常の不快な臭いや嫌な臭いを回避する可能性が低くなります。これらのシステムを組み合わせることで、ハエは不足時に最適とは言えない食物源を追求することができます（図1）。
酢（または酢酸）は、果実の発酵プロセスの究極の産物であるため、ミバエは酢の臭いに引き付けられます。しかし、酢の匂いが低濃度でも高濃度でも、ハエは無関心になります（左）。これは、低濃度は果実がちょうど熟していることを示し（緑のバナナ）、高濃度はそれが腐っていることを示している（茶色のバナナ）ためです。空腹のハエは、飢餓によって引き起こされる低レベルのインスリンが、嗅覚反応を再形成する2つの異なる神経ペプチドシグナル伝達システムをトリガーするため、異なる動作をします（右）。空腹のハエでは、短い神経ペプチドFの受容体（sNPFRと呼ばれる）が嗅覚ニューロンのサブセットでアップレギュレートされます。これは、DM1糸球体内の信号の伝達を助け、低濃度の魅力的な食品の匂いに対する感度を高めます。並行して、タキキニンシグナル伝達の上昇（DTKR受容体を介した）は、DM5糸球体内のシグナル伝達を阻害します。これにより、通常は不快な臭い（高濃度の酢など）の回避が減少します。これらの効果が合わさって、最適とは言えない食料源の追求が可能になります（熟したばかりの腐ったバナナを指す緑色の矢印で示されています）。 DM1とDM5は、ハエの脳の触角葉（AL）に見られる特定の糸球体であり、それらの色の濃さは、摂食したハエと空腹のハエの活性化の強さを表しています。
この研究は、脳が感覚刺激を計算する方法を研究するためのプラットフォームとしてのハエモデルの長所を強力に示しています。巧妙な行動分析から、高度な遺伝子操作や脳活動の画像化まで、この研究では、動物の内部状態（つまり、空腹かどうか）に応じて、重要な感覚的手がかりがさまざまな方法で処理される方法について説明します。ハエに当てはまることが、少なくとも大まかに言えば、人間にも当てはまることが多いため、研究分野は、すべてではないにしても多くの動物種に適用できる感覚処理の原理に貢献するために熟しています。
