Synaptic activity dependent extracellular Ca dynamics regulates synaptic transmission

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06945
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46030:Function of nervous system-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: Arai Itaru 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (00754631)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松田 恵子 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (40383765)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 小脳 / デルタ型グルタミン酸受容体 / 長期抑圧 / 平行線維シナプス / 細胞外Ca濃度 / 小脳性運動学習 / シナプス伝達

Outline of Final Research Achievements

Delta2 glutamate receptor (GluD2) is localized at parallel fiber - Purkinje cell synapse in cerebellum and can trigger long term depression (LTD) by binding to D-serine. Recently it has been reported that GluD2 has Ca binding site at extracellular domain that has influence on its affinity to D-serine. To investigate its physiological significance, electrophysiological experiment and behavioral experiment were performed. As a result, it was found that Dserine - GluD2 signaling was influenced by [Ca]o dynamics generated by synaptic activity at synapse level as well as behavioral lebel. Thus this study shed light on the new regulation mechanism for synaptic transmission; synaptic activity dependent extracellular ion dynamics can regulate synaptic transmission through post　synaptic molecules that have the ion binding sites.

Free Research Field

神経生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

中枢神経系における情報処理の基本単位であるシナプスは活動に応じて様々に調節される。シナプス間隙のイオン濃度は活動に依存して変化するが、その機能については不明な点が多い。一方、近年シナプス分子にイオン結合部位があることが明らかになった。本研究は、小脳平行線維シナプスに局在するGluD2を介したDセリンによるLTD誘導をモデルとして、神経活動依存的な細胞外イオン動態がシナプス後部に発現する分子を介してシナプス伝達そのものに影響を及ぼし、最終的に個体行動レベルにまで影響するという、これまでに無い全く新しいシナプス伝達制御機構を明らかにした。