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神経膜分子機能部門(高森茂雄教授)と生命医科学部神経生理学教室(堀哲也准教授)の共同研究がCell Reports誌に掲載されました

'20年8月19日 更新
小胞型グルタミン酸輸送体の発現量が減ると聴覚異常になる?
–速い神経伝達の維持には神経伝達物質の迅速な濃縮が重要である–

脳内の主要な興奮性神経伝達物質はグルタミン酸です。興奮性神経伝達が正常に行われるためには、シナプス小胞膜上に存在する小胞型グルタミン酸輸送体(VGLUT1~3)により、グルタミン酸が小胞内腔に濃縮される過程が必須です。これまでVGLUT遺伝子欠損マウスの解析等から、シナプス小胞上にVGLUTがないと興奮性シナプス伝達が消失することは知られていましたが、VGLUT発現量がシナプス伝達の律速になっているかどうかは不明でした。
今回、我々の研究室では、VGLUT1遺伝子欠損マウスの聴覚リレーシナプスであるヘルド萼状シナプス (calyx of Held synapse)のシナプス特性を電気生理学的手法で詳細に調べました。ヘルド萼状シナプスでは本来VGLUT1とVGLUT2の両方が発現しており、VGLUT1遺伝子のみを欠損させてもシナプス伝達の基本性能には変化がないことがわかりました。ところが、高頻度かつ持続的な入力が入った場合、VGLUT1欠損シナプスは忠実にシグナル伝達できないことがわかりました。
更に、我々が独自に開発した手法でグルタミン酸がシナプス小胞に輸送される過程を継時的に観察したところ、VGLUT1遺伝子欠損により、濃縮速度が4分の1程度にまで低下することを見出しました。
今回の研究は聴覚系のシナプスをモデルとして実験を行いましたが、アルツハイマー病・パーキンソン氏病など様々な脳神経疾患において、VGLUTの発現量が脳部位特異的に増加したり低下したりすることが知られています。従って、本研究成果は、脳神経疾患に伴うVGLUT発現低下がシナプス機能に及ぼす影響を端的に反映していると言えます。

本研究は同志社大学生命医科学部・堀哲也准教授(現:沖縄科学技術大学院大学)、ドイツ・マックスプランク実験医学研究所・Nils Brose教授との共同研究で、神経膜分子機能部門からは、大学院生の吉田知史くん、高見千尋さん(OB)、助教の伊佐真幸先生が参画しました。

研究内容の詳細は、以下の関連情報をご覧ください。


論文タイトル: Vesicular Glutamate Transporter Expression Ensures High-Fidelity Synaptic Transmission at the calyx of Held Synapses

著者:Yutaro Nakakubo*, Saeka Abe*, Tomofumi Yoshida*, Chihiro Takami, Masayuki Isa, Sonja M. Wojcik, Nils Brose, Shigeo Takamori#, Tetsuya Hori# (* equally contributed, # co-corresponding authors)
小胞型グルタミン酸輸送体の発現量が減ると聴覚異常になる?
–速い神経伝達の維持には神経伝達物質の迅速な濃縮が重要である–

脳内の主要な興奮性神経伝達物質はグルタミン酸です。興奮性神経伝達が正常に行われるためには、シナプス小胞膜上に存在する小胞型グルタミン酸輸送体(VGLUT1~3)により、グルタミン酸が小胞内腔に濃縮される過程が必須です。これまでVGLUT遺伝子欠損マウスの解析等から、シナプス小胞上にVGLUTがないと興奮性シナプス伝達が消失することは知られていましたが、VGLUT発現量がシナプス伝達の律速になっているかどうかは不明でした。
今回、我々の研究室では、VGLUT1遺伝子欠損マウスの聴覚リレーシナプスであるヘルド萼状シナプス (calyx of Held synapse)のシナプス特性を電気生理学的手法で詳細に調べました。ヘルド萼状シナプスでは本来VGLUT1とVGLUT2の両方が発現しており、VGLUT1遺伝子のみを欠損させてもシナプス伝達の基本性能には変化がないことがわかりました。ところが、高頻度かつ持続的な入力が入った場合、VGLUT1欠損シナプスは忠実にシグナル伝達できないことがわかりました。
更に、我々が独自に開発した手法でグルタミン酸がシナプス小胞に輸送される過程を継時的に観察したところ、VGLUT1遺伝子欠損により、濃縮速度が4分の1程度にまで低下することを見出しました。
今回の研究は聴覚系のシナプスをモデルとして実験を行いましたが、アルツハイマー病・パーキンソン氏病など様々な脳神経疾患において、VGLUTの発現量が脳部位特異的に増加したり低下したりすることが知られています。従って、本研究成果は、脳神経疾患に伴うVGLUT発現低下がシナプス機能に及ぼす影響を端的に反映していると言えます。

本研究は同志社大学生命医科学部・堀哲也准教授(現:沖縄科学技術大学院大学)、ドイツ・マックスプランク実験医学研究所・Nils Brose教授との共同研究で、神経膜分子機能部門からは、大学院生の吉田知史くん、高見千尋さん(OB)、助教の伊佐真幸先生が参画しました。

研究内容の詳細は、以下の関連情報をご覧ください。


論文タイトル: Vesicular Glutamate Transporter Expression Ensures High-Fidelity Synaptic Transmission at the calyx of Held Synapses

著者:Yutaro Nakakubo*, Saeka Abe*, Tomofumi Yoshida*, Chihiro Takami, Masayuki Isa, Sonja M. Wojcik, Nils Brose, Shigeo Takamori#, Tetsuya Hori# (* equally contributed, # co-corresponding authors)
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