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多くの神経細胞同士は、ごく小さい面で互いに接しており、このシナプス接合部において、信号の受け渡しが行われている。この狭い空間に、脳における情報処理の本質の多くが詰まっているのだが、シナプス形態のわずかな違いや発現している分子の数・分布等のわずかな揺らぎによって、信号伝達特性が大きく変わることが予想される。本研究では、シナプスの微細構造が神経細胞間の信号伝達特性にどのような影響を与えるのかを調べ、生理的機能を果たすのにどのように役立っているのかを明らかにすることを目的とする。まずは、シナプス間隙に放出されたグルタミン酸がどのように拡散するのかを明らかにしなければならない。そこで、形態的特徴が比較的単純なcalyx of Heldシナプスに注目した。このシナプスにおいて、凍結割断レプリカ標識を施すことで、シナプス内外のグルタミン酸受容体の二次元分布に関する予備データを得た。また、単一シナプス小胞放出による素量応答を電気生理学的に解析することにも成功した。形態と生理のデータが得られたので、あとは、グルタミン酸受容体の応答動態モデルが作製できれば、シナプス間隙におけるグルタミン酸拡散と受容体応答をシミュレーションすることが可能になる。そこで、シナプス後膜の一部を切り剥がして、グルタミン酸を高速投与する方法を適用して、応答の解析を行っている。まだ必要な受容体モデルを作製するに至っていないが、伝達物質の拡散と受容体応答をシミュレーションする方法の開発には成功した。受容体モデルが得られた暁には、実際のシナプス素量応答を再現できる条件を探ることで、小胞内に詰まったグルタミン酸分子数、およびグルタミン酸拡散係数を推定することを目指す。
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