2020 Fiscal Year Annual Research Report
Comprehensive understanding of refilling mechanism of excitatory neurotransmitter glutamate into synaptic vesicles
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19H03330
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
高森 茂雄 同志社大学, 脳科学研究科, 教授 (10397002)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 神経伝達物質・受容体 / シナプス小胞 / シナプス伝達 / VGLUT / グルタミン酸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
哺乳類脳神経系における興奮性シナプス伝達は、シナプス小胞からのグルタミン酸の活動依存的な放出によって支えられている。本研究課題では、グルタミン酸のシナプス小胞への再充填を司る小胞型グルタミン酸トランスポーター（VGLUT）に焦点をあて、そのシナプス伝達における機能と、活動依存的な動態変化の分子メカニズムを明らかにすることを目的としている。本年度の主な研究成果は以下の通りであった。
（１）【VGLUT発現量がシナプス伝達に及ぼす影響の解明】VGLUT1欠損マウスの聴覚系巨大シナプスの電気生理学的な特性を精査した。当該シナプスはVGLUT1とVGLUT2の両方を発現しているが、VGLUT1欠損シナプスにおける基本的なシナプス伝達については大きな差異を示さなかった。一方、欠損シナプスでは、シナプス小胞へのグルタミン酸充填速度が野生型の25％程度に低下していた。また、100 Hzで連続した際にVGLUT1欠損シナプスは有意に高いシナプス伝達不全を呈した。これらの成果から、VGLUTの発現量が再充填速度を規定し、シナプス伝達の律速段階となり得ることを提唱した。
（２）【VGLUTの活動依存的な改修機構の分子基盤の解明】VGLUT1-C末端に存在し、クラスリンとの結合を仲介するAP-2結合部位について、クラスリン非依存的なエンドサイトーシスが起こる条件における役割を検討した。興味深いことに、AP-2との結合能を減弱させたVGLUT1変異体は、クラスリン非依存的なエンドサイトーシス時においても、その回収が顕著に遅くなった。また、AP-2欠損ニューロンにおいてもVGLUT1の回収が遅くなった。VGLUT1以外のタンパク質についても同様の解析を行った結果、AP-2には積荷タンパク質選択的かつクラスリン非依存的に小胞タンパク質の回収効率を制御している可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度計画していた研究項目について、順調に研究成果を積み重ね、上記（１）はCell Reports誌に発表した。上記（２）については、予定していた実験は既に終了しており、論文投稿に向けて海外共同研究者（Volker Haucke博士, FMP-Berlin）との調整中である。シナプス小胞の蛍光イメージングによる可視化実験を用いた共同研究についても、既にPNAS誌に発表しており、他にも論文発表を念頭においた研究成果を順調に蓄積できている。一方、当初の研究項目として掲げていた単一シナプスにおけるグルタミン酸イメージングや新しい蛍光プローブ開発については、実験系の確立に一定の目処が立っており、次年度以降への発展が見込まれる。以上のように、本研究計画はおおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の通り、本研究計画で推進している各研究項目で成果が蓄積しており、次年度も継続して論文化の努力をしていく。目標として、最終年度内に三報の原著論文と、一報の総説の発表を設定する。また、これまでの研究成果から、新たに二つの興味深い可能性が浮上してきた。すなわち、（１）小胞の再充填速度よりも、小胞の再利用に要する時間が短い可能性（＝小胞再充填速度がシナプス伝達の律速となる可能性）、（２）頻回刺激が持続した場合、小胞の再充填速度が亢進する可能性（＝活動依存的に再充填速度に可塑性が存在する可能性）、の二点である。後者については、現状の研究手法で解決するのは困難であるが、（１）について、電気生理学的な手法を用いて新たに検討する予定である。
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[Journal Article] Hidden proteome of synaptic vesicles in the mammalian brain2020
Author(s)
Taoufiq Zacharie、Ninov Momchil、Villar-Briones Alejandro、Wang Han-Ying、Sasaki Toshio、Roy Michael C.、Beauchain Francois、Mori Yasunori、Yoshida Tomofumi、Takamori Shigeo、Jahn Reinhard、Takahashi Tomoyuki
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences
Volume: 117
Pages: 33586～33596
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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