Synaptic plasticity of co-release of glutamate and GABA in the central nervous system

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H03358
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46030:Function of nervous system-related
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: Hashimotodani Yuki 同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (50401906)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 海馬 / シナプス可塑性 / LTP / 共放出

Outline of Final Research Achievements

To elucidate the molecular mechanisms of synaptic plasticity of glutamate and GABA co-release, we examined the synaptic plasticity at the supramammillary nucleus (SuM) to dentate granule cell (GC) synapses. By postsynaptic depolarization, we found that glutamatergic SuM inputs exhibit long-term potentiation (LTP), while GABAergic co-transmission is not influenced. Owing to the dynamic change of excitatory and inhibitory balance of SuM inputs after induction of LTP, SuM inputs effectively discharge GCs. We further found that SuM-GC synapses exhibit spike-timing-dependent plasticity. Our findings indicate that SuM-GC synapses elicit different forms of plasticity and modulate GC outputs.

Free Research Field

神経生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

興奮性の作用を持つグルタミン酸と抑制の作用を持つGABAが同じ神経細胞の同一の神経終末から同時に放出されることは異例であり、これまであまり調べられてこなかった。本研究ではグルタミン酸とGABA共放出シナプスにおいて、長期に渡ってシナプス伝達が増強する、長期増強が起こることを初めて明らかにした。興味深い特徴として興奮性のグルタミン酸によるシナプス伝達でのみ増強し、GABAでは変化がなかったことから、より興奮にシフトすることを明らかにした。本研究はよくわかっていないグルタミン酸とGABA共放出シナプスの生理的役割を解明するうえで重要な示唆を与える研究であると考えられる。