The dynamics and physiological roles of molecular crowding at the presynaptic terminal

神経機能の基礎をなすシナプス伝達は、シナプス終末という微小空間で多数の分子が密に関わりあう一連の反応により生じる。近年、細胞内でタンパク質などの高分子が混みあって存在する状態（分子クラウディング）が、個々の生体分子の機能に重要であることが明らかになってきた。特にシナプス終末では、相分離を起こすタンパク質が液滴状の構造体（非膜性オルガネラ）を形成し、内部に高密度のタンパク質複合体を集積していることが示されたことで、シナプス機能に分子クラウディングの果たす役割が注目されている。しかし、分子クラウディングとシナプス伝達の関係を評価する研究は依然手が付けられていない。そこで本研究では、イメージング技術を駆使して、シナプス終末での分子クラウディングの動的変化を明らかにするとともに、シナプス伝達に対するその生理的役割を解明することを目指す。標本として、遺伝的操作が容易であり、かつ生理的環境でのライブイメージングに適したゼブラフィッシュ仔魚の神経筋接合部を用いた。初年度(令和3年度)は、分子クラウディングとシナプス伝達の両方をイメージングするために、運動ニューロンの細胞質に分子クラウディングセンサーとなるFRETプローブを、シナプス終末のシナプス小胞内にpH感受性の赤色蛍光タンパク質を発現したトランスジェニックゼブラフィッシュを作成しライブイージングを行った。予備実験の結果から、シナプス終末の分子クラウディングと融合するシナプス小胞の量の間に負の相関があることが示唆されたが、赤色pHセンサーの実用性に問題があることが判明したため、今年度は、それをHaloTagに置換したTgフィッシュを新たに作成し、再度検討した。これまでに、逆に両者には正の相関があることが示唆されている。この結果は、シナプス前部の分子クラウディングが神経伝達に影響している可能性を示すが、今後さらに詳細な検討が必要である。

神経機能の基礎をなすシナプス伝達は、シナプス終末という微小空間で多数の分子が密に関わりあう一連の反応により生じる。近年、細胞内でタンパク質などの高分子が混みあって存在する状態（分子クラウディング）が、個々の生体分子の機能に重要であることが明らかになってきた。特にシナプス終末では、相分離を起こすタンパク質が液滴状の構造体（非膜性オルガネラ）を形成し、内部に高密度のタンパク質複合体を集積していることが示されたことで、シナプス機能に分子クラウディングの果たす役割が注目されている。しかし、分子クラウディングとシナプス伝達の関係を評価する研究は依然手が付けられていない。そこで本研究では、イメージング技術を駆使して、シナプス終末での分子クラウディングの動的変化を明らかにするとともに、シナプス伝達に対するその生理的役割を解明することを目指す。標本として、遺伝的操作が容易であり、かつ生理的環境でのライブイメージングに適したゼブラフィッシュ仔魚の神経筋接合部を用いた。初年度(令和3年度)は、分子クラウディングとシナプス伝達の両方をイメージングするために、運動ニューロンの細胞質に分子クラウディングセンサーとなるFRETプローブを、シナプス終末のシナプス小胞内にpH感受性の赤色蛍光タンパク質を発現したトランスジェニックゼブラフィッシュを作成しライブイージングを行った。予備実験の結果から、シナプス終末の分子クラウディングと融合するシナプス小胞の量の間に負の相関があることが示唆されたが、赤色pHセンサーの実用性に問題があることが判明したため、今年度は、それをHaloTagに置換したTgフィッシュを新たに作成し、再度検討した。これまでに、逆に両者には正の相関があることが示唆されている。この結果は、シナプス前部の分子クラウディングが神経伝達に影響している可能性を示すが、今後さらに詳細な検討が必要である。