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== 構造== | == 構造== | ||
神経細胞はシナプスという構造を介して情報の伝達を行っている<ref>'''D Purves, GJ Augustine, D Fitzpatrick, WC Hall, AS LaMantia, JO McNamara, and LE White'''<br>Neuroscience, Fourth Edition<br>''Sinauer'':2011<br></ref>。神経細胞は情報を受容する細胞体と[[樹状突起]]、情報を出力する軸索から成る。軸索のシナプス結合部はやや膨大しており、シナプス前終末(presynaptic terminal)と呼ばれる。[[グルタミン酸]]を神経伝達物質とする[[興奮性シナプス]]では、シナプス前終末からシナプス後細胞の樹状突起上の[[スパイン]]へ情報が伝えられる（図１）。一方、[[GABA]]を伝達物質とする[[抑制性シナプス]]前終末は、樹状突起の幹および細胞体に接合する。シナプス前細胞と後細胞の間にはシナプス間隙（20 nm）があり、情報伝達の場を形成している。その中には数百のシナプス小胞（50 nm）が存在する。シナプス小胞がシナプス前終末の細胞膜と融合し、その中の神経伝達物質を開口放出（[[エクソサイトーシス]];exocytosis）する領域は[[アクティブゾーン]] | 神経細胞はシナプスという構造を介して情報の伝達を行っている<ref>'''D Purves, GJ Augustine, D Fitzpatrick, WC Hall, AS LaMantia, JO McNamara, and LE White'''<br>Neuroscience, Fourth Edition<br>''Sinauer'':2011<br></ref>。神経細胞は情報を受容する細胞体と[[樹状突起]]、情報を出力する軸索から成る。軸索のシナプス結合部はやや膨大しており、シナプス前終末(presynaptic terminal)と呼ばれる。[[グルタミン酸]]を神経伝達物質とする[[興奮性シナプス]]では、シナプス前終末からシナプス後細胞の樹状突起上の[[スパイン]]へ情報が伝えられる（図１）。一方、[[GABA]]を伝達物質とする[[抑制性シナプス]]前終末は、樹状突起の幹および細胞体に接合する。シナプス前細胞と後細胞の間にはシナプス間隙（20 nm）があり、情報伝達の場を形成している。その中には数百のシナプス小胞（50 nm）が存在する。シナプス小胞がシナプス前終末の細胞膜と融合し、その中の神経伝達物質を開口放出（[[エクソサイトーシス]];exocytosis）する領域は[[アクティブゾーン]]と呼ばれる。中枢シナプスにおけるアクティブゾーンは0.03-0.14 μm<sup>2</sup>の広さで<ref><pubmed>12486149</pubmed></ref><ref><pubmed>10097171</pubmed></ref>、膜が肥厚しているように見え、5-10個のシナプス小胞が結合している。 | ||
[[Image:Figure2.jpg|thumb|300px|''' | [[Image:Figure2.jpg|thumb|300px|'''図２ シナプス伝達'''<br>活動電位がシナプス前終末に到達すると、シナプス前終末の膜電位は脱分極し、電位依存性カルシウムチャネルからカルシウムイオンが流入する。それが引き金となり、アクティブゾーン上のシナプス小胞が膜融合して、神経伝達物質がシナプス間隙に開口放出される。放出された神経伝達物質はシナプス後細胞にある受容体に結合する。シナプス間隙に残存した神経伝達物質はトランスポーターによってシナプス前終末に再取り込みされ、シナプス小胞に充填される。]] | ||
== 伝達物質放出とその制御 == | == 伝達物質放出とその制御 == | ||
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シナプス小胞は、小胞膜上のトランスポーターのはたらきで神経伝達物質を内部に取り込む。まず[[液胞型プロトンポンプ]]が小胞内を酸性にし、膜を介した[[電気化学的勾配]]を作る。これが伝達物質取り込みのためのエネルギー源となり、選択的トランスポーターにより伝達物質は小胞内部に取り込まれる。そして、神経伝達物質が詰め込まれた小胞はアクティブゾーンに移動し、細胞膜に結合した状態になる(docking)。次に、結合したシナプス小胞は、[[カルシウム]]依存的に細胞膜と融合できる状態になる(priming)。そして、シナプス前細胞の細胞体からシナプス前終末へ[[活動電位]]が到達すると、[[膜電位]]が脱分極して電位依存性カルシウムチャネルが開き、シナプス前終末内へカルシウムイオンが流入し、それが引き金となってシナプス小胞内の神経伝達物質が開口放出される。シナプス前終末には複数種の[[電位依存性カルシウムチャネル]]が集積している。P/Q(Cav2.1)、N(Cav2.2)、R(Cav2.3)タイプのカルシウムチャネルがシナプス伝達に寄与すると考えられている<ref><pubmed>18817729</pubmed></ref>。しかし、シナプスによって各カルシウムチャネルのシナプス伝達への寄与率は異なり、また発生に伴って変化する<ref><pubmed>10627581</pubmed></ref>。シナプス前終末内に流入したカルシウムイオンは、シナプス小胞膜上のカルシウム作動性タンパク質である[[シナプトタグミン]]に結合する。そしてシナプトタグミンの構造変化が、アクティブゾーンに接しているシナプス小胞の[[膜融合]]を促し、シナプス小胞内の神経伝達物質がシナプス間隙へ開口放出されると考えられている。その後、神経伝達物質は拡散によりシナプス後部にある[[受容体]]に到達して結合し、情報が伝達される。開口放出により細胞膜へ移行したシナプス小胞膜は、その後[[エンドサイトーシス]]によりシナプス前終末に取り込まれ、シナプス小胞として再利用される。また、シナプス間隙に残存する神経伝達物質は、高親和性の細胞膜トランスポーターによりシナプス前終末へ再取り込みされる。そして、シナプス前終末に取り込まれた神経伝達物質は、低親和性の小胞型トランスポーターによりシナプス小胞に充填される。グルタミン酸およびGABAの小胞型トランスポーターであるvglut、vgatが各々のシナプス小胞膜に局在している。神経伝達物質のシナプス小胞内への輸送は、小胞膜上のプロトンATPase ([[V-ATPase]])によって形成されるプロトン電気化学勾配によって駆動される<ref><pubmed>21612282 </pubmed></ref>。また、アクティブゾーン特異的蛋白質として、[[RIM1]](Rab3-interacting molecules 1), [[Munc13]]等が知られている。Munc13はシナプス小胞のprimingに関与し、カルシウムイオンとRIM1によって制御を受ける。RIM1は、アクティブゾーンに存在する多くのタンパク質と直接あるいは間接的に結合し、アクティブゾーンの形成や機能において重要な役割を担っている<ref><pubmed> 22026965</pubmed></ref>。 | シナプス小胞は、小胞膜上のトランスポーターのはたらきで神経伝達物質を内部に取り込む。まず[[液胞型プロトンポンプ]]が小胞内を酸性にし、膜を介した[[電気化学的勾配]]を作る。これが伝達物質取り込みのためのエネルギー源となり、選択的トランスポーターにより伝達物質は小胞内部に取り込まれる。そして、神経伝達物質が詰め込まれた小胞はアクティブゾーンに移動し、細胞膜に結合した状態になる(docking)。次に、結合したシナプス小胞は、[[カルシウム]]依存的に細胞膜と融合できる状態になる(priming)。そして、シナプス前細胞の細胞体からシナプス前終末へ[[活動電位]]が到達すると、[[膜電位]]が脱分極して電位依存性カルシウムチャネルが開き、シナプス前終末内へカルシウムイオンが流入し、それが引き金となってシナプス小胞内の神経伝達物質が開口放出される。シナプス前終末には複数種の[[電位依存性カルシウムチャネル]]が集積している。P/Q(Cav2.1)、N(Cav2.2)、R(Cav2.3)タイプのカルシウムチャネルがシナプス伝達に寄与すると考えられている<ref><pubmed>18817729</pubmed></ref>。しかし、シナプスによって各カルシウムチャネルのシナプス伝達への寄与率は異なり、また発生に伴って変化する<ref><pubmed>10627581</pubmed></ref>。シナプス前終末内に流入したカルシウムイオンは、シナプス小胞膜上のカルシウム作動性タンパク質である[[シナプトタグミン]]に結合する。そしてシナプトタグミンの構造変化が、アクティブゾーンに接しているシナプス小胞の[[膜融合]]を促し、シナプス小胞内の神経伝達物質がシナプス間隙へ開口放出されると考えられている。その後、神経伝達物質は拡散によりシナプス後部にある[[受容体]]に到達して結合し、情報が伝達される。開口放出により細胞膜へ移行したシナプス小胞膜は、その後[[エンドサイトーシス]]によりシナプス前終末に取り込まれ、シナプス小胞として再利用される。また、シナプス間隙に残存する神経伝達物質は、高親和性の細胞膜トランスポーターによりシナプス前終末へ再取り込みされる。そして、シナプス前終末に取り込まれた神経伝達物質は、低親和性の小胞型トランスポーターによりシナプス小胞に充填される。グルタミン酸およびGABAの小胞型トランスポーターであるvglut、vgatが各々のシナプス小胞膜に局在している。神経伝達物質のシナプス小胞内への輸送は、小胞膜上のプロトンATPase ([[V-ATPase]])によって形成されるプロトン電気化学勾配によって駆動される<ref><pubmed>21612282 </pubmed></ref>。また、アクティブゾーン特異的蛋白質として、[[RIM1]](Rab3-interacting molecules 1), [[Munc13]]等が知られている。Munc13はシナプス小胞のprimingに関与し、カルシウムイオンとRIM1によって制御を受ける。RIM1は、アクティブゾーンに存在する多くのタンパク質と直接あるいは間接的に結合し、アクティブゾーンの形成や機能において重要な役割を担っている<ref><pubmed> 22026965</pubmed></ref>。 | ||
なおシナプス伝達は、シナプス前終末に存在する種々の受容体によって制御を受ける。たとえば、シナプス後細胞に入力する興奮性シナプス前終末上に抑制性シナプスが作られ、興奮性シナプスからの伝達物質放出を抑制することで、シナプス伝達を調節するシナプス前抑制が知られている。また、シナプス後細胞から放出される逆行性メッセンジャーによっても、シナプス前終末からの伝達物質放出は制御される。逆行性シナプス伝達制御の１つにDSI (Depolarization-induced suppression of inhibition)がある。DSIは、シナプス後細胞が脱分極することにより、そこからエンドカンナビノイドが放出され、抑制性シナプス前終末にあるカンナビノイド受容体に作用することで、シナプス前終末からのシナプス小胞の放出確率が低下する現象である。 | |||
== SNARE仮説 == | == SNARE仮説 == | ||
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*[[シナプス前抑制]] | *[[シナプス前抑制]] | ||
*[[Depolarization-induced suppression of inhibition]] | *[[Depolarization-induced suppression of inhibition]] | ||
== 参考文献 == | == 参考文献 == | ||
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（執筆者:山下 愛美、平野 丈夫 担当編集委員: | （執筆者:山下 愛美、平野 丈夫 担当編集委員:尾藤 晴彦） | ||