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グルタミン酸は哺乳類中枢神経系における主要な興奮性神経伝達物質である。申請者は、ニューロンのグルタミン酸放出能を規定するタンパク質であるシナプス小胞型グルタミン酸トランスポーター(VGLUT)の3つのイソ型を同定した。本研究は、VGLUTに焦点をあて、VGLUTイソ型に起因するグルタミン酸作動性ニューロンの分子多様性とその生理機能関する新しい知見を得ることに成功した。また、VGLUTによるグルタミン酸輸送の新たな決定因子を発見した。<結果>(1)VGLUT1結合タンパク質の解析:VGLUT1のC末に結合するタンパク質として知られるエンドフィリン(Endo)イソ型の解析を行ったところ、VGLUT1-Endo1の相互作用はカルシウム依存性を示さないのに対して、VGLUT1-Endo2の相互作用は低濃度のカルシウムにより阻害されることを見いだした。Endo1/2の神経内分布を見ると、Endo1はVGLUT1終末特異的であるが、Endo2はVGLUT2に多く発現していることがわかった。したがって、VGLUT1ニューロンとVGLUT2ニューロンの機能的差異は、Endoイソ型が持つカルシウム感受性の有無に起因する小胞プールやエンドサイトーシス機構である可能性が示唆された(Shiobaraら、論文投稿準備中)。(2)グルタミン酸取込の決定因子の解明:従来、グルタミン酸の小胞への取込機構は、生物物理学的な解釈が困難な塩素イオンの依存性が観察されていた。我々は、昨年度までに、VGLUT1タンパク質が塩素イオンの透過性を示すことを見いだした。本年度は、VGLUT1含有リポソーム内腔に高濃度の塩素イオンが存在すると、グルタミン酸輸送が顕著に増大することを明らかにした。小胞がエンドサイトーシスされた直後は、細胞外の高濃度の塩素イオンを取り込む可能性が高いことから、小胞内のグルタミン酸量は、細胞外の塩素イオン濃度により規定されている可能性を提唱した(Schenckら、論文投稿中)。
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