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| <div align="right">
| | 英：Excitatory synapse、独：exzitatorische Synapse、仏：synapses excitatrices |
| <font size="+1">[http://researchmap.jp/hippocampus-sak 酒井 誠一郎]</font><br>
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| ''独立行政法人理化学研究所 脳科学総合研究センター''<br>
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| <font size="+1">[https://researchmap.jp/7000022535 八尾 寛]</font><br>
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| ''東北大学名誉教授''<br>
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| DOI：<selfdoi /> 原稿受付日：2013年7月16日 原稿完成日：2013年10月3日<br>
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| 担当編集委員：[http://researchmap.jp/haruokasai 河西 春郎]（東京大学 大学院医学系研究科）<br>
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| 英：excitatory synapse、独：exzitatorische Synapse、仏：synapses excitatrices
| | 興奮性[[シナプス]]とは、シナプス伝達によってシナプス後細胞を興奮させるシナプス結合のことである。興奮性シナプスからの入力によってシナプス後細胞の膜電位は脱分極し、閾値を超えると[[活動電位]]が発生する。興奮性シナプスを形成するシナプス前細胞は、[[興奮性ニューロン]]と呼ばれる。一方、[[抑制性シナプス]]は、シナプス伝達によってシナプス後細胞を抑制する。 |
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| {{box|text=
| | == 興奮性シナプスとは == |
| 興奮性[[シナプス]]とは、シナプス伝達によってシナプス後細胞を[[脱分極]]させ、[[活動電位]]の発火を促進するシナプス結合のことである。興奮性シナプスを形成するシナプス前細胞は、[[興奮性ニューロン]]と呼ばれる。
| | シナプス伝達を介してシナプス後細胞を脱分極（興奮）させるシナプス前細胞を興奮性ニューロンと呼び、逆にシナプス後細胞を過分極（抑制）させるシナプス前細胞のことを[[抑制性ニューロン]]と呼ぶ。興奮性シナプスとは、興奮性ニューロンとシナプス後細胞の間で形成されるシナプスのことである。興奮性シナプスからの入力により、シナプス後細胞の膜電位は脱分極し、膜電位が閾値を超えると活動電位が発生して次のニューロンへと情報が伝播してゆく。 |
| }}
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| ==興奮性シナプスとは==
| | シナプス伝達によってシナプス後細胞が興奮するか抑制されるかは、[[シナプス前終末]]から放出される[[神経伝達物質]]とシナプス後膜上の伝達物質[[受容体]]の種類によって決まる。中枢神経系では[[グルタミン酸]]が、末梢神経系では[[アセチルコリン]]が興奮性の伝達物質として主に用いられている。 |
| 興奮性シナプスとは、シナプス後細胞の活動電位発生を促進させるシナプスのことである。興奮性のシナプス伝達によってシナプス後細胞が脱分極し、膜電位が[[閾値]]を超えると活動電位が発生する。 [[抑制性シナプス]]は、逆にシナプス後細胞の発火を抑える作用をする。興奮性シナプスを形成する[[シナプス前]]細胞を興奮性ューロン、抑制性シナプスを形成するシナプス前細胞を[[抑制性ニューロン]]と呼ぶ。
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| シナプスは、[[ギャップ結合]]を介して電気シグナルを直接伝える[[電気シナプス]]と[[神経伝達物質]]を介して伝達を行う[[化学シナプス]]に分類される。いずれもシナプス前細胞の興奮をシナプス後細胞へと伝達するが、興奮性シナプスといった場合には興奮性の化学シナプスのことを指すことが多い。
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| 興奮性の化学シナプスでは、[[シナプス前終末]]から放出された神経伝達物質がシナプス後膜上の[[受容体]]に結合することでシナプス後細胞が脱分極する。神経細胞から放出され、作用する物質としての神経伝達物質の種類は100種類以上にも及ぶが、哺乳類の中枢神経系では[[グルタミン酸]]が、末梢神経系では[[アセチルコリン]]と[[ノルアドレナリン]]が主な興奮性神経伝達物質として用いられている（表1）。同じ神経伝達物質でも、シナプス後膜上の受容体の種類が違えばその作用も異なる。例えばアセチルコリンは、[[ニコチン受容体]]に結合するとシナプス後細胞を興奮させるが、[[ムスカリン受容体]]はサブタイプによって興奮作用を示すものと抑制作用を示すものがある<ref><pubmed> 6113545 </pubmed></ref> <ref><pubmed> 9647869 </pubmed></ref>。
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| {| class="wikitable"
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| |+ 表. 主な興奮性伝達物質と興奮性ニューロンの分布
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| | colspan="2" | '''末梢神経系'''
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| |-
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| | [[アセチルコリン]] || 運動神経、[[交感神経]][[節前線維]]、[[副交感神経]]
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| |-
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| | [[ノルアドレナリン]] || 交感神経節後線維
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| |-
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| | colspan="2" | '''中枢神経系'''
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| |-
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| | [[グルタミン酸]] || 中枢神経全般
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| |-
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| | colspan="2" | （以下は脳の広範囲に投射し、神経機能を調節）
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| | アセチル[[コリン]] || [[前脳基底部]]、[[中脳]][[橋被蓋]]
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| |-
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| | [[ドーパミン]] || [[黒質]]緻密部、[[中脳腹側被蓋野]]など
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| |-
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| | ノルアドレナリン || [[青斑核]]、[[外側被蓋]]
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| |-
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| | [[アドレナリン]] || [[孤束核]]、背側[[縫線核]]
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| |-
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| | [[セロトニン]] || [[縫線核]]
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| |-
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| |}
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| ==構造== | | ==構造== |
| [[ファイル:興奮性シナプス.jpg|thumb|300 px|'''図1．興奮性シナプスの構造とシナプス伝達課程''']]
| | 興奮性シナプスといった場合には、一般的に興奮性の化学シナプスのことを指し、基本的な構造は抑制性シナプスと共通である。神経伝達物質を内包する[[シナプス小胞]]がシナプス前終末に集積し、シナプス間隙を挟んで伝達物質受容体の並ぶシナプス後膜と相対している。シナプス前終末には神経伝達が放出される[[アクティブゾーン]]があり、直径40-50 nmのシナプス小胞とともに、伝達物質の開口放出に必要な[[カルシウムチャネル]]や[[SNARE複合体]]が集積している。シナプス間隙は、シナプス前終末と後細胞間の12-20 nmの間隙であり、開口放出された伝達物資はこの間隙を拡散して受容体に結合する。シナプス後膜には神経伝達物質受容体が並んでおり、膜直下にはシナプスの構造タンパク質や調節タンパク質が集積した[[シナプス後肥厚]]（postsynaptic density; PSD）と呼ばれる構造がある。興奮性シナプスはシナプス後肥厚が発達し、電子顕微鏡像において顕著に観察される。 |
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| 興奮性の化学シナプスの基本的な構造は、神経伝達物質を内包する[[シナプス小胞]]がシナプス前終末に集積し、[[シナプス間隙]]を挟んで[[シナプス伝達物質|伝達物質]][[受容体]]の並ぶシナプス後膜と相対している（図1）。シナプス前終末には神経伝達が放出される[[アクティブゾーン]]があり、直径30-50 nmのシナプス小胞とともに、伝達物質の[[開口放出]]に必要な[[電位依存性カルシウムチャネル]]や[[SNAREタンパク質]]が集積している<ref><pubmed> 16336742 </pubmed></ref>。シナプス間隙はシナプス前終末と後細胞間の12-20 nmの隙間であり、開口放出された神経伝達物資はシナプス間隙を拡散してシナプス後膜上の受容体に結合する。
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| シナプス後膜の直下にはシナプスの構造タンパク質や調節タンパク質が集積した[[シナプス後肥厚]]（postsynaptic [[density]]; [[PSD]]）と呼ばれる構造がある。興奮性シナプスはシナプス後肥厚が発達し、電子顕微鏡像において顕著に観察される<ref><pubmed> 13829103 </pubmed></ref>。
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| 興奮性シナプスの形態は、脳の多くの領域で見られるボタン状シナプスの他、[[網膜神経回路|網膜]]の[[リボンシナプス]]や、[[脳幹]]や[[毛様体神経節]]で見られる[[杯状シナプス]]など多岐にわたる<ref><pubmed> 16932936 </pubmed></ref>。ボタン状シナプスは、[[樹状突起]]に1 μm以下の間隔で密に並んだ[[スパイン]]と呼ばれる微細な突起にシナプスを形成している。多くの場合、単一のボタン状シナプスの入力による脱分極は大きくないが、一つの神経細胞に数千から数万も存在するスパインへのシナプス入力の加算によってシナプス後細胞で活動電位が発生する。アクティブゾーンに特殊な構造を持つリボンシナプス<ref><pubmed> 12575947 </pubmed></ref>や単一シナプスに複数のアクティブゾーンを持つ杯状シナプス<ref><pubmed> 12486149 </pubmed></ref>は、一度に多数のシナプス小胞が開口放出され、シナプス後細胞を強く興奮させる。
| | 脳の広い領域に見られるボタン状シナプスの他、網膜のリボン状シナプスや、動眼神経節や脳幹で見られる杯状シナプスなど、興奮性シナプスの形態は多岐にわたる。 |
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| ==シナプス伝達過程==
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| [[ファイル:PPF<P.jpg|thumb|250 px|'''図2．シナプス可塑性の例'''<br>（a）[[海馬]]苔状線維（MF）-CA3シナプスで記録したPPF。短い時間間隔で連続刺激を行うと、1回目の応答（fEPSP）と比較して2回目の応答が増加している。<br>（b）MF-CA3シナプスのLTP。100 Hz・100回の高頻度電気刺激を行うと、その後30分以上にわたってシナプス伝達が増強される。]]
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| シナプス前細胞で発生した活動電位は[[軸索]]を伝播し、シナプス前終末に到達する。シナプス前終末では、活動電位による脱分極で[[電位依存性カルシウムチャネル]]が開き、[[カルシウムイオン]]が細胞内に流入する。カルシウムイオンが引き金となってアクティブゾーンに係留されていたシナプス小胞が[[細胞膜]]に融合し、シナプス小胞に内包されていた神経伝達物質がシナプス間隙に開口放出される。
| | == シナプス伝達過程 == |
| | シナプス前細胞で発生した活動電位は軸索を伝播し、シナプス前終末に到達する。シナプス前終末では、活動電位による脱分極で電位依存性カルシウムチャネルが開き、カルシウムイオンが細胞内に流入する。カルシウムイオンが引き金となってactive zoneに結合しているシナプス小胞が細胞膜に融合し、シナプス小胞に内包されていた神経伝達物質がシナプス間隙に開口放出される。 |
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| 開口放出された神経伝達物質はシナプス間隙を拡散し、シナプス後細胞膜上の受容体に結合する。[[イオンチャネル共役型受容体]]の場合は、神経伝達物質の結合によって即座に[[イオンチャネル]]が開き、[[ナトリウム]]や[[カルシウム]]といった陽イオンが細胞内に流入することでシナプス後細胞が脱分極する。[[代謝活性型受容体]]の場合は、受容体への神経伝達物質結合によって[[GTP結合蛋白|Gタンパク質]]を介した細胞内シグナルが働き、受容体とは別に存在する[[カリウムチャネル]]等の開口状態が変化することで遅い時間スケールでの脱分極が起こる。
| | 開口放出された伝達物質はシナプス後細胞膜上の受容体に結合する。[[イオンチャネル共役型受容体]]の場合は、即座にイオンチャネルが開いて陽イオンが細胞内に流入することで脱分極が起こる。[[代謝型活性型受容体]]の場合は、伝達物質結合の後、細胞内シグナルを介して別のイオンチャネルが開いて遅い時間スケールでの脱分極が起こる（[[遅いシナプス後電位]]）。 |
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| ==電気生理== | | == 電気生理 == |
| 興奮性シナプスにおいて神経伝達物質がイオンチャネル共役型受容体に結合すると陽イオンの[[wikipedia:ja:コンダクタンス|コンダクタンス]]が増加する。[[静止膜電位]]付近では、これら受容体の[[反転電位]]より細胞の[[膜電位]]は低いので、細胞外の陽イオンがシナプス後細胞に流入し膜電位は脱分極する。この膜電位変化を興奮性[[シナプス後電位]]（excitatory postsynaptic potential; EPSP）という。このとき電流は細胞の内側に向かって流れ、この内向きの電流を興奮性[[シナプス後電流]]（excitatory postsynaptic current; EPSC）と呼ぶ。また、細胞膜を横切って電流が流れることで細胞外電場にも変化が生じるので、興奮性[[シナプス後場電位]]（field EPSP; fEPSP）として観測することができる。
| | 興奮性シナプス伝達では、陽イオンの流入によってシナプス後細胞は脱分極し、この膜電位変化はホールセル[[パッチクランプ]]法（カレントクランプモード）において興奮性[[シナプス後電位]]（excitatory postsynaptic potential; EPSP）として観察される。このとき電流は細胞の内側に向かって流れ（内向き電流）、ホールセルパッチクランプ法（ボルテージクランプモード）において興奮性[[シナプス後電流]]（excitatory postsynaptic current; EPSC）として観察される。また、電流が流れることによって細胞外電場にも変化が生じるので、細胞外電極によって興奮性[[シナプス後場電位]]（field EPSP; fEPSP）として観察することが可能である。 |
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| 代謝活性型受容体では、カリウムコンダクタンスの低下による[[遅いシナプス後電位]]と細胞膜の電気抵抗の増加が観察される。
| | 興奮性のシナプス入力によって受容体からカルシウムイオンが細胞内に流入するので、[[カルシウム指示薬]]や[[カルシウム感受性蛍光タンパク質]]を用いることで興奮性シナプス伝達を光学的に観察することも可能である。 |
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| ==シナプス可塑性== | | == 可塑性 == |
| 興奮性シナプス、特に脳内のシナプスは、活動依存的に[[短期可塑性]]および[[長期可塑性]]を示し、動的な神経ネットワークを構築している。
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| ===短期可塑性===
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| 代表的なものとして、paired pulse facilitation（PPF）およびpaired pulse depression（PPD）が挙げられる。これはシナプス前細胞を連続して刺激した際に、１回目のシナプス伝達と比較して２回目のシナプス伝達が促通（facilitation）または抑圧（depression）される現象である。短期可塑性のメカニズムには、シナプス前終末へのカルシウム流入と開口放出確率の変化、およびシナプス小胞プールの大きさが関与しているとされている<ref><pubmed> 11826273 </pubmed></ref>。
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| === 長期可塑性 === | | == 関連項目 == |
| 高頻度刺激で誘発される[[長期増強]]（long-term potentiation; LTP）および低頻度刺激で誘発される[[長期抑圧]]（long-term depression; LTD）があり、数十分以上の時間わたってシナプス伝達強度が変化する<ref><pubmed> 15450156 </pubmed></ref>。また、シナプス前細胞-後細胞の発火タイミング依存的にLTPもしくはLTDが生じる[[スパイクタイミング依存性シナプス可塑性]](spike timing dependent plasticity; STDP）と呼ばれる現象が様々なシナプスで報告されている<ref><pubmed> 1681645 </pubmed></ref>。
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| 長期可塑性ではタンパク質[[リン酸化]]・[[脱リン酸化]]や[[wj:転写|転写]]・[[wj:翻訳 (生物学)|翻訳]]等の機構により長期的にシナプス伝達が変化するが、[[開口放出]]が変化する場合や伝達物質受容体が変化する場合など、可塑性の発現機構はシナプスの種類や刺激パターンによって多様である<ref><pubmed> 16261180 </pubmed></ref><ref><pubmed> 17292975 </pubmed></ref>。長期可塑性に伴って樹状突起の[[スパイン]]形態が変化が生じることも報告されており<ref><pubmed> 20138375 </pubmed></ref>、シナプスの機能と形態が共に変化することで神経ネットワークの構築と改変が行われている。
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| ==関連項目==
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| *[[興奮性ニューロン]] | | *[[興奮性ニューロン]] |
| *[[シナプス]] | | *[[シナプス]] |
| | *[[シナプス小胞]] |
| *[[神経伝達物質]] | | *[[神経伝達物質]] |
| *[[抑制性シナプス]] | | *[[抑制性シナプス]] |
| *[[シナプス後肥厚]]
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| *[[長期増強]]
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| *[[長期抑圧]]
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| ==参考文献== | | == 参考文献 == |
| <references/>
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| | （執筆担当者：酒井 誠一郎、八尾 寛、担当編集委員：河西 春郎） |
英：Excitatory synapse、独：exzitatorische Synapse、仏：synapses excitatrices
興奮性シナプスとは、シナプス伝達によってシナプス後細胞を興奮させるシナプス結合のことである。興奮性シナプスからの入力によってシナプス後細胞の膜電位は脱分極し、閾値を超えると活動電位が発生する。興奮性シナプスを形成するシナプス前細胞は、興奮性ニューロンと呼ばれる。一方、抑制性シナプスは、シナプス伝達によってシナプス後細胞を抑制する。
興奮性シナプスとは
シナプス伝達を介してシナプス後細胞を脱分極（興奮）させるシナプス前細胞を興奮性ニューロンと呼び、逆にシナプス後細胞を過分極（抑制）させるシナプス前細胞のことを抑制性ニューロンと呼ぶ。興奮性シナプスとは、興奮性ニューロンとシナプス後細胞の間で形成されるシナプスのことである。興奮性シナプスからの入力により、シナプス後細胞の膜電位は脱分極し、膜電位が閾値を超えると活動電位が発生して次のニューロンへと情報が伝播してゆく。
シナプス伝達によってシナプス後細胞が興奮するか抑制されるかは、シナプス前終末から放出される神経伝達物質とシナプス後膜上の伝達物質受容体の種類によって決まる。中枢神経系ではグルタミン酸が、末梢神経系ではアセチルコリンが興奮性の伝達物質として主に用いられている。
構造
興奮性シナプスといった場合には、一般的に興奮性の化学シナプスのことを指し、基本的な構造は抑制性シナプスと共通である。神経伝達物質を内包するシナプス小胞がシナプス前終末に集積し、シナプス間隙を挟んで伝達物質受容体の並ぶシナプス後膜と相対している。シナプス前終末には神経伝達が放出されるアクティブゾーンがあり、直径40-50 nmのシナプス小胞とともに、伝達物質の開口放出に必要なカルシウムチャネルやSNARE複合体が集積している。シナプス間隙は、シナプス前終末と後細胞間の12-20 nmの間隙であり、開口放出された伝達物資はこの間隙を拡散して受容体に結合する。シナプス後膜には神経伝達物質受容体が並んでおり、膜直下にはシナプスの構造タンパク質や調節タンパク質が集積したシナプス後肥厚（postsynaptic density; PSD）と呼ばれる構造がある。興奮性シナプスはシナプス後肥厚が発達し、電子顕微鏡像において顕著に観察される。
脳の広い領域に見られるボタン状シナプスの他、網膜のリボン状シナプスや、動眼神経節や脳幹で見られる杯状シナプスなど、興奮性シナプスの形態は多岐にわたる。
シナプス伝達過程
シナプス前細胞で発生した活動電位は軸索を伝播し、シナプス前終末に到達する。シナプス前終末では、活動電位による脱分極で電位依存性カルシウムチャネルが開き、カルシウムイオンが細胞内に流入する。カルシウムイオンが引き金となってactive zoneに結合しているシナプス小胞が細胞膜に融合し、シナプス小胞に内包されていた神経伝達物質がシナプス間隙に開口放出される。
開口放出された伝達物質はシナプス後細胞膜上の受容体に結合する。イオンチャネル共役型受容体の場合は、即座にイオンチャネルが開いて陽イオンが細胞内に流入することで脱分極が起こる。代謝型活性型受容体の場合は、伝達物質結合の後、細胞内シグナルを介して別のイオンチャネルが開いて遅い時間スケールでの脱分極が起こる（遅いシナプス後電位）。
電気生理
興奮性シナプス伝達では、陽イオンの流入によってシナプス後細胞は脱分極し、この膜電位変化はホールセルパッチクランプ法（カレントクランプモード）において興奮性シナプス後電位（excitatory postsynaptic potential; EPSP）として観察される。このとき電流は細胞の内側に向かって流れ（内向き電流）、ホールセルパッチクランプ法（ボルテージクランプモード）において興奮性シナプス後電流（excitatory postsynaptic current; EPSC）として観察される。また、電流が流れることによって細胞外電場にも変化が生じるので、細胞外電極によって興奮性シナプス後場電位（field EPSP; fEPSP）として観察することが可能である。
興奮性のシナプス入力によって受容体からカルシウムイオンが細胞内に流入するので、カルシウム指示薬やカルシウム感受性蛍光タンパク質を用いることで興奮性シナプス伝達を光学的に観察することも可能である。
可塑性
関連項目
参考文献
（執筆担当者：酒井 誠一郎、八尾 寛、担当編集委員：河西 春郎）