「シナプス小胞」の版間の差分

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（1）ドッキング'''：シナプス前部には100個〜10万個のシナプス小胞が存在しているが、一部のシナプス小胞は[[アクティブゾーン]]と呼ばれる電子顕微鏡で電子密度が高い部位に存在し、形質膜と物理的に接しているように見える。このシナプス小胞の状態をドッキングと呼ぶ。シナプス小胞のドッキングを司るタンパク質として、可溶性タンパク質である[[Munc18]]が知られている。Munc18は形質膜にある[[t-SNARE]]であるシンタキシンの結合タンパク質として同定されたが、その遺伝子欠損マウスではシナプス伝達が完全に消失している<ref name=ref17><pubmed>8247129</pubmed></ref> <ref name=ref18><pubmed>10657302</pubmed></ref>。

'''（3）膜融合'''：シナプス小胞の形質膜への融合過程においては、3つのSNAREタンパク質が重要な役割を果たしている。[[wikipedia:James Rothman|James Rothman]]らは、[[ゴルジ]]装置における物質輸送に必要な可溶性タンパク質として[[NSF]]と[[SNAP]]という二種類のタンパク質を同定した。更にRothmanは、これら可溶性タンパク質の膜受容体(SNAP receptor ＝ SNARE)を探索するにあたり、NSFとSNAP複合体に結合するタンパク質を脳由来の膜画分を用いて行なった結果、既にシナプスで同定されていたSynaptobrevinとSyntaxin, SNAP-25が同定された<ref name=ref21><pubmed>8455717</pubmed></ref>。Synaptobrevinがシナプス小胞膜、SyntaxinとSNAP-25が形質膜にあることから、Rothmanはそれぞれ[[v-SNARE]](vesicular SNARE)とt-SNARE(target-SNARE)と名付け、シナプス小胞の形質膜の融合にはv-SNAREとt-SNAREがNSFやSNAPと巨大なタンパク質複合体を形成する必要があると提唱した。この「SNARE仮説」とその後の実証研究の功績によりRothmanは2013年ノーベル医学生理学賞を受賞した。現在では、NSFやSNAPは膜融合ではなく、膜融合後のSNAREタンパク質複合体を乖離させる働きをしていることが分かったが<ref name=ref22><pubmed>10769209</pubmed></ref> <ref name=ref23><pubmed>9177194</pubmed></ref>、SNAREタンパク質が膜融合を促進させるタンパク質であることは、リポソーム再構成実験によって示された<ref name=ref24><pubmed>9529252</pubmed></ref>。

　シナプス小胞のエキソサイトーシスの特徴は、Ca²⁺によって迅速に制御される点が挙げられる。シナプス小胞に豊富に存在するタンパク質であるSynaptotagminは、[[PKC]]のCa²⁺結合部位と相同性を持つ[[C2ドメイン]]を有する[[Ca2+結合タンパク質|Ca²⁺結合タンパク質]]であると同時に[[リン脂質]]やSNAREタンパク質への結合能を有する膜タンパク質であり、シナプス小胞膜上のCa²⁺センサーの候補である<ref name=ref26><pubmed>1589771</pubmed></ref>。

　[[wikipedia:Thomas Sudhof|Thomas Sudhof]]らは、Synaptotagmin 1[[ノックアウトマウス]]由来の神経培養細胞を解析した結果、[[活動電位]]に同期して起こる迅速なシナプス伝達が消失していることを見いだした。しかしながら、活動電位に同期しない遅いシナプス応答は依然として見られることから、Synaptotagminが速いシナプス小胞のエキソサイトーシスにおけるCa²⁺センサーであると考えられている<ref name=ref27><pubmed>7954835</pubmed></ref>。実際、Ca²⁺に対する親和性が低下するSynaptotagmin変異体のノックインマウスの[[海馬]][[培養細胞]]では、小胞の放出確率が優位に有為に低下することが示されている<ref name=ref28><pubmed>11242035</pubmed></ref>。

　遅いエキソサイトーシスを担うCa²⁺センサーとして、他のSynaptotagminイソ型の関与が提唱されている<ref name=ref29><pubmed>24267651</pubmed></ref>。また、自発的エキソサイトーシスや遅いエキソサイトーシスに関わるCa²⁺センサーとしてCa²⁺親和性の高い可溶性Ca²⁺結合タンパク質であるDoc2の関与も示唆されている<ref name=ref30><pubmed>22036572</pubmed></ref> <ref name=ref31><pubmed>20150444</pubmed></ref>。

　Ca²⁺濃度の上昇後、極めて迅速にエキソサイトーシスが起こることを考えると、プライミングされたシナプス小胞において形成されたSNARE複合体が、Ca²⁺濃度の上昇が起こらない時には膜融合を引き起こさないように抑制している因子の存在が考えられる。この役割を果たしていると考えられているのがコンプレキシンという小さな可溶性タンパク質である。コンプレキシンはSNAREタンパク質単独には結合せずSNARE複合体に高い親和性を有するタンパク質として知られている<ref name=ref32><pubmed>7553862</pubmed></ref>。現在のモデルでは、コンプレキシンがSNARE複合体に結合することで、v-SNAREとt-SNAREの複合体形成が不完全な状態で保たれており(clamped)、Ca²⁺濃度の上昇に伴いコンプレキシンが複合体から解離し、そこにCa²⁺センサーであるSynaptotagminが複合体に入ることによりエキソサイトーシスが達成すると考えられている<ref name=ref33><pubmed>19164751</pubmed></ref> <ref name=ref34><pubmed>19164750</pubmed></ref>。

（1）エンドサイトーシスの開始<br>

　エキソサイトーシスで形質膜に挿入されたシナプス小胞膜構成成分を回収するための目印となるのがPIP2であると考えられている。その部位に[[インターセクチン]]や[[eps15]]等のタンパク質が集積する。

（2）アダプタータンパク質群の集積<br>

　脂質膜とクラスリン被覆の結合を媒介するのが、[[AP-2]]や[[AP180]]などの[[アダプタータンパク質]]である。[[Stonin 2]]、[[epsin]]などの関与も示唆されている。

（3）クラスリン被覆の形成<br>

　アダプタータンパク質タンパク質群にリクルートされる形で[[クラスリン被覆]]が集積し、球状の[[クラスリン被覆小胞]]が形成される。クラスリンは重鎖と軽鎖からなり三脚巴構造(Triskelion)を形成する。これが複数重合することによって格子を形成し、サッカーボール状のクラスリン被覆小胞が作られる。

（4）膜の分断<br>

　クラスリン被覆小胞が最終的に形質膜から分断される過程を司るのはダイナミンというタンパク質である。ダイナミンは[[GTP]]分解酵素活性をもち、GTPを加水分解する時のエネルギーを使って、立体構造を変化させることで膜の分断を行なうと考えられている。古くは[[ショウジョウバエ]]の温度感受性変異体であるshibireの変異遺伝子としてエンドサイトーシス過程における膜の最終的な分断に関わることが提唱されていた<ref name=ref4 />（上述）。一方、ダイナミン1ノックアウトマウスの研究から、ダイナミン1がなくてもエンドサイトーシスが完全に損なわれるわけではないことが示された<ref name=ref36><pubmed>17463283</pubmed></ref>。電子顕微鏡像の三次元再構築を行なうと、ダイナミン1ノックアウトマウスのシナプス前部には、出来かけのクラスリン被覆小胞が形質膜から伸びた管状の膜構造に房状に付着していると思われる様子が観察された。

（5）クラスリン被覆の脱落<br>

　クラスリン被覆小胞が形質膜から分断されると、シナプス前部細胞質においてクラスリン被覆の脱落が起こる。遺伝子欠損マウスの結果から、この過程では[[分子シャペロン]][[Hsc70]]や[[cyclin G依存的キナーゼ]]であるオーキシンが重要な役割を果たしていると考えられている。

（6）多様なエンドサイトーシス関連タンパク質群<br>

　上記以外にもエンドサイトーシスに関わるとされるタンパク質が多く見つかっているが、その詳細な機能は未解明である。エンドフィリンやアンフィフィシンなどはBAR部位という特徴的な部位を持ち、膜に結合することで膜の歪曲を決定すると考えられている。例えばエンドフィリンは発見当初、クラスリン被覆小胞の形成が完了する際に、形質膜と小胞のつなぎ目のネック部分に集積して、ネックの直径を決めると考えられていた<ref name=ref37><pubmed>20059951</pubmed></ref>。また、エンドフィリンのC末端側がダイナミンと直接結合することでダイナミンをネック部分に集積させる役割が提唱されていた。しかしながら、エンドフィリン1~3トリプルノックアウトマウスでは、予想されたクラスリン被覆小胞の形質膜での集積ではなく、シナプス前部細胞質におけるクラスリン被覆小胞の割合の増加が観察された<ref name=ref38><pubmed>22099461</pubmed></ref>。このことからエンドフィリンはクラスリン被覆小胞の形質膜からの分断以降のクラスリン被覆の脱落過程において重要な役割を果たしていることが明らかになった。その他にも[[脂質脱リン酸化酵素]]である[[Synaptojanin]]を含め多くのタンパク質がエンドサイトーシスを制御していると考えられている。