グルタミン酸輸送体の機能・局在調節と異種シナプス間拡散性クロストークの生理的連関

谷氨酸转运蛋白的功能和局部调节与不同突触之间的扩散串扰之间的生理关系

基本信息

批准号：
20056032
负责人：
佐竹伸一郎
金额：
$ 3.26万
依托单位：
National Institute for Physiological Sciences
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

フィードフォワード抑制回路(顆粒細胞-分子層介在ニューロン-プルキンエ細胞)を介した小脳情報処理プロセスにおいて、異種シナプス間拡散性クロストークが担う生理的役割を明らかにするため、顆粒細胞-介在ニューロン間興奮性シナプス伝達の特性を調べている。その過程で、顆粒細胞(上向性線維)の2回連続刺激に伴い、介在ニューロンから記録される興奮性シナプス後電流(EPSC)の2回目EPSCの振幅値と減衰時定数が、一過性に増大する現象を見出した(ペアパルス増強)。予備的に実施した薬理学実験の結果から、(1)振幅増大はシナプス小胞の放出確率と放出多重性の増大、(2)減衰時間増大は放出多重性増大に伴いシナプス外領域に拡散した伝達物質グルタミン酸の蓄積により引き起こされたと推定している。しかし、EPSCの振幅や減衰時間が、神経伝達物質の放出多重性・拡散性の変化を介したシナプス前性機構によって制御されるという現象はこれまで報告がなく、その分子基盤や生理的な意義は全く不明である。こうした背景に基づき、神経活動に依存してEPSCキネティクスが変化するメカニズムを追究すると共に、EPSC減衰時間の制御にグルタミン酸輸送体が関わる可能性について検討を行った。はじめに、EPSCキネティクスを初期相、ピーク相、減衰相に分けて詳しく解析した。2回目EPSC(刺激間隔:30ミリ秒)では、刺激からEPSC開始までの反応潜時が1回自EPSCよりも顕著に短縮していた。一方、EPSC開始点からピークまでの到達時間は延長していた。さらに、二重指数関数を適用して、EPSC減衰相を急速減衰成分(τ_<fast>)と緩徐減衰成分(τ_<slow>)に分けて解析し、減衰時間のペアパルス増強はτ_<slow>の構成比率(%_<slow>)の増大によって惹起されていることを明らかにした。また、グルタミン酸輸送体阻害薬TBOAは、τ_<slow>と%_<slow>を共に増大させて、減衰時間のペアパルス増強を昂進した。一方、AMPA受容体の低親和性競合阻害薬γ-DGGは、%_<slow>を減少させて減衰時間のペアパルス増強を減弱した。こうした観察結果から、連続刺激による多重性放出促進に伴い顆粒細胞終末から大量に放出されたグルタミン酸は、輸送体タンパク質による回収を逃れて近傍のシナプスやペリシナプス領域に存在するAMPA受容体に低濃度で作用することにより、EPSC減衰時間の増大を引き起こしたと結論した。

为了阐明通过前馈抑制性电路（颗粒细胞 - 分子层间神经元 - 普尔金je细胞）在小脑信息处理过程中异源性跨粘液扩散的串扰的生理作用，我们研究了颗粒interterneurons之间的兴奋性突触传递的性能。在此过程中，我们发现，中间神经元记录的第二个兴奋性突触后电流（EPSC）的振幅值和衰减时间常数通过两个连续的颗粒细胞（向上纤维）的连续刺激而瞬时增加。从初步药理实验的结果来看，估计（1）振幅的增加是由突触囊泡的释放概率和释放多重释放的增加引起的，并且（2）衰减时间的增加是由释放型释放倍增倍增倍增倍增倍增的递质谷氨酸引起的。然而，尚无关于EPSC的幅度和衰减时间通过突触前机制来控制的现象，通过释放的多样化和神经递质的扩散性控制，其分子基础和生理意义是完全未知的。基于这种背景，我们研究了EPSC动力学根据神经活动而变化的机制，还研究了谷氨酸转运蛋白可能参与控制EPSC衰减时间的可能性。首先，对EPSC动力学进行了详细分析，分为初始阶段，峰阶段和衰减相。在第二个EPSC（刺激间隔：30 ms）中，从刺激到EPSC发作的响应潜伏期明显短于自我EPSC中。同时，从EPSC起点到达峰的时间延长了。此外，通过应用双重指数函数，通过划分快速衰减成分（τ_<fast>）和缓慢的衰减成分（τ_<show>）来分析EPSC衰减阶段，并发现衰减时间的增强是由组成率的增加引起的（slay slaw_ slaw_ <<<>）fount f.此外，谷氨酸转运蛋白抑制剂TBOA增加了τ_<slow>和％_ <slow>，从而增强了衰减时间的配对脉冲增强。同时，AMPA受体的低亲和力竞争性抑制剂γ-DGG降低了％_ <slow>，以减轻衰减时间的脉冲增强。从这些观察结果中，我们得出结论，谷氨酸由于连续刺激促进多重释放而大量从颗粒细胞末端释放出来，转运蛋白蛋白质恢复，并以低浓度的AMPA受体对附近突触中的AMPA受体作用，并导致EPSC终结时间的增加。