シナプス伝達の分子遺伝学的解析

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09480237
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 城所 良明 群馬大学, 医学部, 教授 (00053083)
• 研究分担者: 斉藤 実 群馬大学, 医学部, 助手 (50261839) ; 吉原 基二郎 群馬大学, 医学部, 助手 (80222397)
• キーワード: 突然変異体 / SNARE仮説 / ショウジョウバエ / 神経型シナプトブレビン / 微小シナプス電流 / cAMP / シナプス小胞融合 / csp

研究概要

シナプス伝達の分子遺伝学的解析
シナプス伝達が起るためには、伝達物質を含んだシナプス小胞がシナプス前終末の膜と融合して内容をシナプス間隙に放出しなければならない。この過程には多くの蛋白が関与している。SNARE仮説はこれらの蛋白がどのように相互作用するかを示したものである。我々はこの分子機構を、重要な蛋白を欠失したショウジョウバエ突然変異体を用いて研究した。
神経型シナプトブレビン(n-syb)はシナプス小胞膜を貫通する蛋白で、テタヌス毒素の標的蛋白である。n-sybを欠失する突然変異体では神経を刺激してもシナプス電流は発生しない。しかしながら微小シナプス電流(mSCs)は残存し、その頻度は高K液中においてCa^<2+>に依存する。またmSC頻度はクモ毒やCa^<2+>イオノフォアーでも増大する。これらの結果はこの突然変異体で残存するmSCはCa^<2+>依存性を持つことがわかった。またcAMPは野生型幼虫ではmSCの頻度を増大させるが、この変異体においては、その作用は見られなかった。したがってn-sybなしでおこる小胞融合にはcAMP依存性がないことがわかった。(Yoshihara et al.,1999)
Cysteine-string-protein(CSP)もまたシナプス小胞上にある蛋白であり、電位依存性Ca^<2+>channelと相互作用を持つことが知られている。この蛋白の温度感受性変異体では高温では神経刺激によってシナプス電流が発生しない。そこでその状態においてはCa^<2+>channelが働かないのではないかと考え、Ca^<2+>指示薬を用いて神経終末のCa^<2+>濃度を測定した。その結果csp変異株では32ﾟでは神経終末においてCa^<2+>濃度の上昇が少いことがわかった。
さらにシナプス小胞が小胞融合部位にdockしていることが、Ca^<2+>channelが正常に働くために必要なのではないかと考え、シナプス小胞のない状態で神経終末のCa^<2+>濃度の上昇を調べた。shibireは高温において小胞の取り込みが阻害される突然変異体である。したがって高温で刺激するとシナプス小胞が枯渇する。この状態ではCa^<2+>の上昇は見られなかった。(Umbach et al.,1998)

研究成果

• [文献書誌] Kuromi,H. & Kidokoro,Y.: "The optically determined size of exo/endo cycling vesicle pool correlates with the quantal content at the neuromuscular junction of Drosophila larvae" J.Neurosci.(in press).
• [文献書誌] Zhang,D.,Kuromi,H.& Kidokoro,Y.: "Synaptic transmission at the Drosophila neuromuscular junction;Effects of metabotrophic glutamate receptor activation." Jpn.J.Physiol.(in press).
• [文献書誌] Zhang,d.,Kuromi,H.& Kidokoro,Y.: "Activation of metaboropic glutamate receptors enhances synaptic transmission at the Drosophila neuromuscular junction." Neuropharmcol.(in press).
• [文献書誌] Kuromi,H.& Kidokoro,Y.: "Two distinct pools of synaptic vesicles in single presynaptic boutons revealed in a temperature-sensitive Drosophila mutant." Neuron. 20. 917-925 (1998)
• [文献書誌] Saitoe,M.,Koshimoto,H.,...& Kidokoro,Y.: "Distribution of functional glutamate receptors in cultured embryonic Drosophila myotubes revealed with focal release of L-glutamate from caged compound by..." J.Neurosci.Meth.80. 163-170 (1998)
• [文献書誌] Umbach,U.A.,Saitoe,M.,Kidokoro,Y.,et al.: "Attenuated influx of calcium ions at nerve endings of csp and shibire mutant Drosophila" J.Neurosci.18. 3233-3240 (1998)
• [文献書誌] Deitcher,D.L.,Ueda,A.,...,Kidokoro,Y.et al.: "Distinct requirements for evoked and spontaneous release of neurotransmitter are revealed by mutations in the Drosophila gene neuronal-synaptobrevin" J.Neurosci.18. 2028-2039 (1998)
• [文献書誌] Kajiwara,R.,Sand,O.,Kidokoro,Y.,et al.: "Functional organization of chromaffin cells and cholinergic synaptic transmission in rat adrenal medulla" Jpn.J.Physiol.47. 449-464 (1997)
• [文献書誌] Yoshihara,M.,Rheuben,M.B.,& Kidokoro,Y.: "Transition from growth cone to functional motor nerve terminal in Drosophila embryos." J.Neurosci.17. 8408-8426 (1997)
• [文献書誌] Ciani,S.,Nishikawa,K.& Kidokoro,Y.: "Permeation of organic cations and ammonium through the glutamate receptor channel in Drosophila larval muscle." Jpn.J.Physiol.47. 189-198 (1997)
• [文献書誌] Saitoe,M.,Tanaka,S.,Takata,K.& Kidokoro,Y.: "Neural activity affects distribution of glutamate receptors during neuromuscular junction formation in Drosophila embryos" Develop.Biol.184. 48-60 (1997)
• [文献書誌] Kuromi,H.,Yoshihara,M.& Kidokoro,Y.: "An inhibitory role of calcineurin in endocytosis of synaptic vesicles at nerve terminals of Drosophila larvae" Neurosci.Res.27. 101-113 (1997)
• [文献書誌] Iino,M.,Ciani,S.,...& Kidokoro,Y.: "Permeation properties of Na^+ and Ca^<2+> ions through the mouse ε_2/ζ_1 NMDA receptor channel expressed in Xenopus oocytes" J.Memb.Biol.155. 143-156 (1997)
• [文献書誌] Rheuben,M.B.,Yoshihara,M.& Kidokoro,Y.: "Ultrastructural orrelates of neuromuscular junction development.in “Neuromuscular Junction in Drosophila"eds.Vivian Budnik et al." Landes Bioscience.(in press),