神経終末パッチクランプ法による海馬苔状線維シナプス可塑性メカニズムの解析

神经末梢膜片钳法分析海马苔藓纤维突触可塑性机制

• 批准号: 13041039
• 负责人: 神谷 温之
• 金额: $ 4.48万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13041039/
• 关键词: シナプス伝達; カルシウムイオン; 可塑性; 海馬; シナプス伝達; カルシウムイオン; 可塑性; 海馬

入力線維に繰り返し刺激を与えると、シナプス前終末からの伝達物質放出量が一過性に変化する。この活動依存的なシナプス伝達効率の変化は短期シナプス可塑性と呼ばれ、神経系における時間情報処理において重要な意義を持つ。短期可塑性のメカニズムとして、これまでKatzらにより提唱されたいわゆる「残存カルシウム仮説」による説明がなされてきた。これに対し我々は、著明な短期可塑性を示す海馬苔状線維シナプスにおいて、入力線維刺激に伴うシナプス前終末内カルシウム変化量が活動依存的に増大するというシナプス前部での新たな可塑性メカニズムを見出した。この苔状線維終末におけるシナプス前カルシウム動態の短期可塑性はCA3野シナプスの顕著な活動依存性を補償する独自のメカニズムと考えられる。想定される可能性として、(1)活動電位波形の延長あるいは電位依存性カルシウムチャンネルの促通によるカルシウム流入量の増大、(2)苔状線維終末内カルシウムストアからの(極めて高速な)カルシウム誘発性カルシウム放出(CICR)の寄与、(3)内在性カルシウム緩衝系としての高親和性カルシウム結合蛋白の飽和、などがあげられる。本研究では、光学的測定法により苔状線維終末内カルシウム動態を測定し、上記の可能性について検討した。二発刺激に伴ってカルシウム変化量は増加したが、カルシウム動態の時間経過に変化は認められなかった。また、膜透過型カルシウムキレート剤EGTA-AM投与により二発刺激に伴うカルシウム変化量の増加率は変化しなかった。これらの結果より、シナプス前カルシウム動態の短期可塑性はカルシウム流入量の増大によるものであり、CICRや内在性カルシウム緩衝系の飽和は関与しないと推定した。

反复刺激输入纤维会导致从突触前末端释放发射机量的短暂变化。活动依赖性突触传递效率的这种变化称为短期突触可塑性，在神经系统的时间信息处理中具有重要意义。使用Katz等人提出的所谓的“残留钙假设”来解释了短期可塑性的机制。相比之下，我们在突触前区域发现了一种新的可塑性机制，其中与输入纤维刺激相关的突触前钙的变化量以活性依赖性的方式在海马苔藓纤维突触中增加，而短期短期可变性。苔藓纤维末端的突触前钙动力学的短期可塑性被认为是补偿CA3面积突触的明显活性依赖性的独特机制。 Potential possibilities include (1) increased calcium influx due to prolongation of action potential waveforms or the promotion of voltage-dependent calcium channels, (2) contribution of (extremely fast) calcium-induced calcium release (CICR) from calcium stores in mossy fiber terminals, and (3) saturation of high-affinity calcium-binding proteins as endogenous calcium buffer systems.在这项研究中，通过光学测量方法测量了苔藓原纤维末端的钙动力学，并检查了上述可能性。钙的变化随两个刺激而增加，但随着时间的推移，钙动力学中没有观察到变化。此外，通过双重刺激，膜可渗透钙螯合剂EGTA-AM的给药不会改变钙变化的速度。这些结果表明，突触前钙动力学的短期可塑性是由于钙流入的增加所致，并且不涉及CICR或内源性钙缓冲液系统的饱和。