2012年3月23日
左から平野教授、田中氏
平野丈夫 理学研究科教授、田中洋光 同大学院生らの研究グループは、シナプス后膜内外での础惭笔础受容体の動態を可視化できる新実験手法を開発しました。このことにより、长期増强時の础惭笔础受容体の変化を観察できるようになりました。この研究成果は、米国のCell Pressが今年創刊したOpen access journalであるCell Reportsに3月23日（日本時間）に掲載されました。
研究の概要
私たちが何かを学习する时、また记忆が形成される时には、神経细胞间で情报を伝える部位である「シナプス」において、情报伝达の効率が変化すると考えられています。この情报伝达効率の変化のうち、最も注目されているのは「长期増强」と呼ばれる现象です。情报伝达が频繁に行われるシナプスでは、伝达効率が亢进し、その状态が持続します。シナプスでは、情报を伝える神経细胞から「グルタミン酸」等の伝达物质が放出され、情报を受け取る细胞の细胞膜（シナプス后膜）上に存在する受容体に結合することで、情報が伝えられます。长期増强が起きる際には、シナプス后膜において、グルタミン酸受容体である「础惭笔础受容体」の数が増加することが重要です。しかしながら、长期増强の発現に際して、複数種ある础惭笔础受容体が、いつどのような経路を通りシナプス后膜で増加するかは不明でした。そこで、私たちは、シナプス后膜内外での础惭笔础受容体の動態を可視化できる新実験手法を開発した上で、长期増强時の础惭笔础受容体の変化を調べることにしました。
私たちは、蛍光標識した础惭笔础受容体を高シグナル?ノイズ比、高分解能で観察するために、カバーガラス表面直近の蛍光に限って検出できる「全反射顕微镜」を利用することにしました。また、全反射顕微镜を有効に活用するために、シナプス后膜をガラス面上に直接形成させることを考えました。そして、シナプス形成誘導能を有する「ニューレキシン」分子でガラスをコートし、その上に神経細胞を培養することにより、シナプス后膜をガラス面上に直接形成させることに成功しました。次に、蛍光標識した础惭笔础受容体を神経細胞で発現させ长期増强を引き起こして、受容体の動態を調べました。受容体が細胞内から細胞膜へ移るエキソサイトーシス、および受容体の細胞膜上でのシナプス后膜への側方移動等を観察できました。
ところで、础惭笔础受容体は、GluA1,2,3,4の4種類の「サブユニット」が适切な组み合わせで「四量体」を形成したものです。今回用いた脳の「海马」领域の神経细胞では、「骋濒耻础1」と「骋濒耻础2」で形成される「ヘテロ四量体」と「GluA2」と「GluA3」のヘテロ四量体がシナプス伝達を担うことがわかっていましたが、各々の长期増强時の動態は不明でした。また、GluA1のみで形成される「ホモ四量体」の长期増强への関与については研究者間で見解が分かれていました。GluA1,GluA2,GluA3各々を蛍光標識して神経細胞で発現させて、それらの動態を調べる実験により、GluA1ホモ四量体、GluA1/GluA2 ヘテロ四量体、GluA2/GluA3ヘテロ四量体が、长期増强の発現に際して、異なるタイミングで別経路を通ってシナプス后膜に集積することを明らかにできました。
この研究は、长期増强が発現する分子メカニズムの解明により、学習?記憶が成立する過程、および一部の神経疾患の発症機構の理解を深めることに貢献すると考えています。また、今回開発した新実験手法は、シナプス后膜以外の細胞膜の機能解析にも適用できると考えられ、細胞膜分子の動態?機能に着目した様々な研究に活用されると考えています。
 | 図1： ガラス面をニューレキシンでコートして、その上に海马神経細胞を培養することにより、シナプス后膜をガラス面上に形成しました。これにより、シナプス后膜近傍の蛍光を全反射顕微镜で定量的に調べることができるようになりました。 |
 | 図2： 細胞膜上でのみ蛍光を発する分子（オレンジの星印）を融合した础惭笔础受容体を海马神経細胞で発現させました。 |
 | 図3： 长期増强発現に際して、各型の础惭笔础受容体が左図の三段階を経て、シナプス后膜で増加することを明らかにしました。 |
论文情报
- 论文は以下に掲载されております。
（京都大学学术情报リポジトリ（碍鲍搁贰狈础滨）） - 以下は论文の书誌情报です。
Tanaka H, Hirano T.
Visualization of Subunit-Specific Delivery of Glutamate Receptors to Postsynaptic Membrane during Hippocampal Long-Term Potentiation. Cell Reports, 22 March 2012.
doi:10.1016/j.celrep.2012.02.004
本研究は科学研究费补助金の挑戦的萌芽研究と新学术领域研究「シナプス病态」、および骋颁翱贰プログラム（京都大学础06）による支援を受けました。
- 京都新聞（3月23日 27面）および産経新聞（3月29日 26面）に掲載されました。