ニューロンは、シナプスと呼ばれる接合部で互いに通信します。カルシウムイオンが、化学メッセージを含む小胞が存在する「活性ゾーン」に移動すると、「通信」が始まります。小胞は、帯電したカルシウムによりシナプス前ニューロンの外膜に「融合」し、その伝達化学物質をシナプス後細胞に放出します。
ピコワー学習記憶研究所による新しい研究 マサチューセッツ工科大学（MIT） ニューロンがこの重要なインフラストラクチャをどのように構築し、維持するかを明らかにします。
カルシウムチャネルは、小胞融合を引き起こすカルシウム流入の主な決定要因であるため、電気信号を化学シナプス伝達に変換するシナプス前側のエンジンの重要な部分です。しかし、それらがどのように活性ゾーンに蓄積するのかは不明でした。
この新しい研究は、活性ゾーンがどのようにしてカルシウムチャネルを蓄積し、豊富な量を調節するのかについての手がかりを提供する。
新しい研究の上級著者であり、マサチューセッツ工科大学の生物学部と脳・認知科学部の神経科学のメニコン教授であるトロイ・リトルトン氏は次のように述べています。 「シナプス前カルシウムチャネルの機能の調節には、重大な臨床効果があることが知られています。これらのチャネルがどのように規制されているかのベースラインを理解することが重要です。」
カルシウムチャネルは活性ゾーンの発達に不可欠ですか?
科学者たちは、この疑問に対する答えを幼虫で明らかにしたいと考えていました。ハエのカルシウムチャネル遺伝子（「不協和音」またはCacと呼ばれる）は非常に重要であるため、ハエはそれなしでは生きていけないことに注意してください。
科学者たちは、ハエ全体で Cac をノックアウトするのではなく、ハエの 1 集団だけで Cac を除去する技術を採用しました。 ニューロン。彼らは、これを行うことにより、Cac がなくても活性ゾーンが定期的に発達することを実証しました。
彼らはまた、ハエの幼虫期を人工的に延長する別の技術も使用した。研究者らは、追加の時間が与えられると、活性ゾーンは BRP と呼ばれるタンパク質による構造を構築し続けるが、Cac の蓄積は通常の 6 日後に停止することを発見しました。
また、ニューロン内で利用可能な Cac の供給が中程度に増加または減少しても、各活性ゾーンで最終的にどれだけの Cac が生成されるかには影響しないこともわかりました。驚いたことに、Cac の数は各活性ゾーンのサイズに応じて変化するが、活性ゾーン内の BRP を大幅に減少させても、Cac の数はほとんど変化しないことがわかりました。実際、ニューロンは、各活性領域に存在する Cac の量に一定の上限を設けているようです。
MIT博士研究員カレン・カニンガム氏はこう語った。 「ニューロンは、時間の経過とともに蓄積し続けるBRPのような活性領域の構造タンパク質と、厳密に制御され、その量が制限されているカルシウムチャネルに対して、非常に異なるルールを持っていることが明らかになりました。」
Cac の供給や BRP の変化に加えて、他の要因も Cac レベルを厳密に制御する必要があります。彼らはアルファ2デルタに目を向けました。
科学者たちは、その量の発現を遺伝子操作して、α2デルタレベルが活性領域に蓄積するCacの量を直接決定することを発見しました。さらなる実験により、ニューロン全体のCac供給がα2デルタのCacレベルを維持する能力を監視していることも明らかになった。
このことは、α2デルタが活性領域のCac量を安定化することで制御するのではなく、Cac輸送中に上流で機能して活性領域にCacを供給および再供給した可能性が高いことを示唆している。
彼らは 2 つの異なる技術を使用して、この補給を観察しました。彼らはまた、それとそのタイミングの測定値も生成しました。
カニンガム氏は、開発の数日後の瞬間を選択して活動ゾーンを画像化し、地形を確認するために Cac の存在量を測定しました。次に、彼女はその Cac 蛍光を漂白して消去しました。 24 時間後、彼女は Cac 蛍光を再度視覚化し、その 24 時間で活性ゾーンに送達された新しい Cac のみを強調表示しました。
彼女は、その日、ほぼすべての活動ゾーンに Cac が送達されたことを観察しました。それでも、その一日の仕事は、実際のところ、それまでの積み重ねに比べれば取るに足らないものでした。彼女はまた、より大きな活性ゾーンがより小さな活性ゾーンよりも多くの Cac を蓄積することも確認しました。さらに、変更された alpha2delta フライ モデルでは、新しい Cac の配信はほとんどありませんでした。
次の課題は、Cac チャネルがアクティブ ゾーンからどのようなペースで削除されるかを決定することでした。これを行うために、科学者たちは、Cacタンパク質にタグ付けされたメープルと呼ばれる光変換タンパク質を用いた染色技術を使用しました。これにより、彼女が選んだタイミングでフラッシュ光で色を変えることができました。
これにより、特定の時間までに蓄積された Cac の量 (緑色で表示) が表示され、ライトが点滅してその Cac が赤色に変わります。 30 日後、赤色 Cac の 2 パーセント近くが新しい緑色 Cac に置き換えられました。このCac代謝回転は、αXNUMXδの変異またはCac生合成の減少によってCac送達レベルが低下すると停止した。
カニンガム氏はこう語った。 「これは、毎日かなりの量のCacが活性ゾーンで代謝され、その代謝が新しいCacの送達によって促進されることを意味します。」
リトルトン と, 「カルシウムチャネルの豊富さと補充の法則が明らかになったので、ニューロンが可塑性を起こすとき、たとえば新しい情報が入ってくると、ニューロンがシナプス通信をスケールアップまたはスケールダウンするために通信を調整する必要があるとき、それらがどのように異なるのかを知りたいと思います。」
「私はまた、個々のカルシウムチャネルが細胞体内で作られ、神経軸索を通って活性領域に移動する過程を追跡することに熱心であり、彼は他のどの遺伝子がCacの存在量に影響を与える可能性があるかを決定したいと考えています。」
ジャーナルリファレンス：
- カレン・L・カニンガム、チャド・W・サヴォラ、サラ・タヴァナ、J・トロイ・リトルトン。送達と代謝回転のバランスを通じて、活性ゾーンにおけるシナプス前 Ca2+ チャネルの存在量を制御します。 神経科学。 DOI： 10.7554 / eLife.78648
