Comprehensive understanding of refilling mechanism of excitatory neurotransmitter glutamate into synaptic vesicles

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H03330
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: Takamori Shigeo 同志社大学, 脳科学研究科, 教授 (10397002)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: シナプス / シナプス小胞 / グルタミン酸 / 神経伝達物質 / エンドサイトーシス / クラスリン / 海馬

Outline of Final Research Achievements

The vast majority of excitatory synaptic transmission in our brain is mediated by the principal neurotransmitter glutamate, which is accumulated into presynaptic vesicles (SVs) by vesicular glutamate transporters (VGLUTs). We have discovered that the reduction of VGLUT expression slowed the rate of glutamate transport into SVs, consequently resulting in synaptic failure during high repetitive stimulation. In a separate study, we found that SVs are not functionally homogeneous, but a subpopulation of SVs defined by the endosomal SNARE, Syntaxin 7, undergoes exocytosis preferentially during high repetitive stimulation. Thus, our studies reveal that glutamate refilling into SVs can be a rate-limiting step for synaptic transmission and that the segregation of SV pools by endosomal SNAREs can be one of the key features for functional heterogeneity of individual synapses.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

統合失調症、自閉症、認知症などの脳神経疾患の多くは、シナプス異常が原因で起こることがわかってきており、総称してシナプトパチーと呼ばれています。これらの病気の発症予防や治療法を確立するためには、シナプス伝達がどのように起こっているか分子レベルで解明することが必要です。今回の我々の研究成果では、VGLUT及びSyntaxin 7をはじめとした脳での発現が低いSNAREタンパク質の働きがシナプス伝達効率の維持に重要な役割を果たしていることがわかりました。これらの知見を蓄積することは、病態の理解、薬物候補のアセスメントの厳格化に寄与することが期待されます。