Summary The organization of the olfactory glomerular map involves the convergence of olfactory sensory neurons (OSNs) expressing the same odorant receptor (OR) into glomeruli in the olfactory bulb (OB). A remarkable feature of the olfactory glomerular map formation is that the identity of OR instructs the topography of the bulb, resulting in thousands of discrete glomeruli in mice. Several lines of evidence indicate that ORs control the expression levels of various kinds of transmembrane proteins to form glomeruli at appropriate regions of the OB. In this review, we will discuss how the OR identity is decoded by OSNs into gene expression through intracellular regulatory mechanisms.

Genetic manipulation of protein levels is a promising approach to identify the function of a specific protein in living organisms. Previous studies demonstrated that the auxin-inducible degron (AID) strategy provides rapid and reversible degradation of various proteins in fungi and mammalian mitotic cells. In this study, we employed this technology to postmitotic neurons to address whether the AID system could be applied to the nervous system. Using adeno-associated viruses, we simultaneously introduced EGFP fused with an AID tag, and an F-box family protein, TIR1 from Oryza sativa (OsTIR1) into hippocampal neurons. In dissociated hippocampal neurons, EGFP fluorescence signals rapidly decreased when adding a plant hormone, auxin. Further, auxin-induced EGFP degradation was also observed in hippocampal acute slices. Taken together, these results open the door for neuroscientists to manipulate protein expression levels by the AID-system in a temporally-controlled manner.

The olfactory piriform cortex is thought to participate in olfactory associative memory. Like the hippocampus, which is essential for episodic memory, it belongs to an evolutionally conserved paleocortex and comprises a three-layered cortical structure. During slow-wave sleep, the olfactory piriform cortex becomes less responsive to external odor stimuli and instead displays sharp wave (SPW) activity similar to that observed in the hippocampus. Neural activity patterns during hippocampal SPW have been intensively studied in terms of memory consolidation; however, little is known about the activity patterns of olfactory cortical neurons during olfactory cortex sharp waves (OC-SPWs). In this study, we recorded multi-unit neural activities in the anterior piriform cortex in urethane-anesthetized mice. We found that the activity patterns of olfactory cortical neurons during OC-SPWs were non-randomly organized. Individual olfactory cortical neurons varied in the timings of their peak firing rates during OC-SPW events. Moreover, specific pairs of olfactory cortical neurons were more frequently activated together than expected by chance. On the basis of these observations, we speculate that coordinated activation of specific subsets of olfactory cortical neurons repeats during OC-SPWs, thereby facilitating synaptic plasticity underlying the consolidation of olfactory associative memories.

The brain constructs spatially organized sensory maps to represent sensory information. The formation of sensory maps has traditionally been thought to depend on synchronous neuronal activity. However, recent evidence from the olfactory system suggests that cell type-specific temporal patterns of spontaneous activity play an instructive role in shaping the olfactory glomerular map. These findings challenge traditional views and highlight the importance of investigating the spatiotemporal dynamics of neural activity to understand the development of complex neural circuits. This review discusses the implications of new findings in the olfactory system and outlines future research directions.