Visualizing the process in retrieval of synaptic vesicles

突触小泡回收过程的可视化

• 批准号: 21K06393
• 负责人: 田中 洋光
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06393/
• 关键词: 全反射顕微鏡; Neurexin; シナプス小胞; エンドサイトーシス; シナプス形成; シナプス伝達; 全反射蛍光顕微鏡; 海馬神経細胞; 全反射顕微鏡; Neurexin; シナプス小胞; エンドサイトーシス; シナプス形成; シナプス伝達; 全反射蛍光顕微鏡; 海馬神経細胞

シナプスにおける神経情報伝達は、活動電位の到達直後にシナプス前終末から行われ、高頻度の活動電位にも対応する。この情報出力を可能にするために、シナプス前終末にはタンパク質が密に集積した「アクティブゾーン」と呼ばれる細胞膜領域があり、シナプス小胞を効率的に開口放出して再構成する仕組みがあると考えられている。しかしながら、アクティブゾーン周辺でどのようにシナプス小胞が放出して取り込まれ、機能的な小胞が再構成されるのかは未だ明らかでない。研究代表者はこれまで、神経伝達物質受容体の動態やシナプス小胞の開口放出を、全反射顕微鏡を用いて高時空間分解能でライブイメージングできる独自の実験系を構築してきた。2022年度では、その実験系を用いてラットの海馬神経細胞に、pH感受性GFPであるSEPを融合させた小胞構成膜タンパク質Synaptophysinを、遺伝子導入により発現させた。そして活動電位を誘発する電場刺激を細胞に加えて、シナプス前終末からシナプス小胞を放出させて、エンドサイトーシスされたSynaptophysinをライブイメージングした。解析の結果、即時可能なシナプス小胞の大半を放出させるような刺激では、バルク型エンドサイトーシスとクラスリン依存型エンドサイトーシスが主に駆動され、数個程度の小胞を放出させるような刺激では、超高速型のエンドサイトーシスが駆動されることが明らかとなった。後者は温度依存性でもあり、準生体温下では駆動される一方、室温下では駆動されなかった。また、各型のエンドサイトーシスで取り込まれたSynaptophysinの位置や輝度分布を解析し、エンドサイトーシスの特徴を初めて抽出できた。これにより、高速の情報出力が実現される神経情報伝達機構の解明に貢献した。

突触时的神经信息传播是在达到动作电位后立即从突触前终端发生的，也对应于高频动作电位。为了启用此信息输出，突触前末端具有一个称为“活性区”的细胞膜区域，其中蛋白质被浓缩，并且人们认为有一种有效打开并重建突触小囊泡的机制。但是，目前尚不清楚如何释放突触囊泡并在活性区周围占据，并重组功能囊泡。主要研究者先前已经构建了一个独特的实验系统，该系统允许使用具有高时空分辨率的总反射显微镜对神经递质受体动力学和突触囊泡开口释放。在2022年，实验系统被用来通过基因转移将囊泡组成膜蛋白突触蛋白与pH敏感的GFP Sep融合到大鼠海马神经元中。然后将诱导动作电位的电场刺激添加到细胞中，以从突触前末端释放突触囊泡，并实现内吞突触素。分析表明，释放最直接的突触囊泡的刺激主要驱动散装和网状蛋白依赖性内吞作用，而释放一些囊泡的刺激却驱动了超前内吞作用。后者也取决于温度，在quasiotiotic温度下驱动，但不在室温下驱动。此外，我们分析了通过每种类型的内吞作用捕获的突触素的位置和亮度分布，并首次提取内吞作用的特征。这有助于阐明神经信息传输机制，从而实现高速信息输出。