神経回路強化に関わるシナプス前終末カルシウムチャネルの機能解析

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脳由来P/Q型Ca^<2+>チャネルα1サブユニットをシナプス前細胞に発現させ、脳由来CaMKII阻害ペプチド(CaM-KIIN)を共発現したシナプス、α1サブユニットのCaMKIIと結合する部分ペプチド(Ca_V2.1_<1897-1912>)、あるいはCaMKII活性化阻害ペプチド(AIP)をシナプス前細胞へ注入したシナプスでのCa^<2+>チャネルの活性化パターンの違いによる神経伝達物質放出の変化を電気生理学的手法で解析して、下記の(1)-(4)が明らかとなった。(1)Paired-pulse depressionとfacilitationは、CaM-KIINを共発現、あるいはCa_V2.1_<1897-1912>を導入したシナプスで抑制される。(2)高頻度発火によるsynaptic depressionは、CaM-KIINを共発現、あるいはCa_V2.1_<1897-1912>を導入したシナプスで減弱し、synaptic facilitationが認められる。(3)Augmentationは、CaM-KIINを共発現、あるいはCa_V2.1_<1897-1912>を導入したシナプスで顕著に抑制されるが、PTPは影響を受けない。(4)AIP導入したシナプスでは、コントロールシナプスと同程度のsynaptic depression、augmentation PTPを誘起する。すなわち、CaMKIIの蛋白燐酸化過程を介するのではなく、CaMKIIがシナプス前終末Ca^<2+>チャネルに結合して、そのCa^<2+>チャネルの活性を高めることを示唆する。このようにして神経活動によって流入するCa^<2+>量を制御するCaMKIIは、Ca^<2+>濃度に依存して活性化されるCaMによるCa^<2+>チャネル活性調節を伴う短期可塑性や、各種のシナプス前神経終末Ca^<2+>結合蛋白質を介したシナプス伝達亢進をもたらすと考えられ、"effecter checkpoint"としての機能を果たす。