小脳プルキンエ細胞におけるシナプス伝達の長期抑圧の分子機構の解析

これまで当研究室では、小脳プルキンエ細胞と顆粒細胞の軸索である平行線維間のシナプス伝達の長期抑圧(LTD)において、細胞内Ca^<2+>放出チャネルであるイノシトール3リン酸受容体(IP_3R)によるCa^<2+>放出がLTDの誘導に必須であることを明らかにしてきた。本研究課題では、プルキンエ細胞におけるCa^<2+>動態形成の分子機構を解析するために、細胞質Ca^<2+>によるIP_3Rの正および負のフィードバック調節という二相性の活性制御に着目し、その分子機構を解析した。精製IP_3RのCa^<2+>依存性を調べることにより、低濃度Ca^<2+>による活性化はIP_3RにCa^<2+>が直接作用することにより引き起こされ、これに対し高濃度Ca^<2+>による抑制にはカルモジュリンが関与していることを明らかとした。その結果、カルモジュリンは平行線維刺激によるプルキンエ細胞内Ca^<2+>上昇を、特に細胞内貯蔵器官からのCa^<2+>放出を抑制することでシナプス入力部位に限局させ、LTDの入力特異性に寄与していることが示唆された。さらに、IP_3RのCa^<2+>感受性を人為的に操作することで引き起こされるプルキンエ細胞内のCa^<2+>動態の変化およびLTD誘導における効果を調べることを目的とし、Ca^<2+>感受性の異なるIP_3Rの作成を試みた。但し、IP_3Rはほとんどすべての細胞に発現していることから、これまで人為的に発現させたIP_3RのみによるCa^<2+>放出活性を測定することが困難であった。そこで本研究では、これまでに知られている3種類のIP_3Rサブタイプすべてに対して遺伝子ノックアウトを施した細胞に変異IP_3Rを導入する系を構築し、この実験系を用いることで外来性に発現させたIP_3Rの解析が可能であることを明らかにした。今後、この実験系により作成した変異受容体を用いることで、プルキンエ細胞樹状突起でのCa^<2+>動態の形成機構が明らかになることが期待される。

これまで当研究室では、小脳プルキンエ細胞と顆粒細胞の軸索である平行線維間のシナプス伝達の長期抑圧(LTD)において、細胞内Ca^<2+>放出チャネルであるイノシトール3リン酸受容体(IP_3R)によるCa^<2+>放出がLTDの誘導に必須であることを明らかにしてきた。本研究課題では、プルキンエ細胞におけるCa^<2+>動態形成の分子機構を解析するために、細胞質Ca^<2+>によるIP_3Rの正および負のフィードバック調節という二相性の活性制御に着目し、その分子機構を解析した。精製IP_3RのCa^<2+>依存性を調べることにより、低濃度Ca^<2+>による活性化はIP_3RにCa^<2+>が直接作用することにより引き起こされ、これに対し高濃度Ca^<2+>による抑制にはカルモジュリンが関与していることを明らかとした。その結果、カルモジュリンは平行線維刺激によるプルキンエ細胞内Ca^<2+>上昇を、特に細胞内貯蔵器官からのCa^<2+>放出を抑制することでシナプス入力部位に限局させ、LTDの入力特異性に寄与していることが示唆された。さらに、IP_3RのCa^<2+>感受性を人為的に操作することで引き起こされるプルキンエ細胞内のCa^<2+>動態の変化およびLTD誘導における効果を調べることを目的とし、Ca^<2+>感受性の異なるIP_3Rの作成を試みた。但し、IP_3Rはほとんどすべての細胞に発現していることから、これまで人為的に発現させたIP_3RのみによるCa^<2+>放出活性を測定することが困難であった。そこで本研究では、これまでに知られている3種類のIP_3Rサブタイプすべてに対して遺伝子ノックアウトを施した細胞に変異IP_3Rを導入する系を構築し、この実験系を用いることで外来性に発現させたIP_3Rの解析が可能であることを明らかにした。今後、この実験系により作成した変異受容体を用いることで、プルキンエ細胞樹状突起でのCa^<2+>動態の形成機構が明らかになることが期待される。