Different Relationship of N- and P/Q-Type Ca2_ Channels to Channel-Interacting Slots in Controlling Neurotransmission at Cultured Hippocampal Synapses

2010/05/12 医学情報、先行研究紹介 前の記事へ 次の記事へ

The Journal of Neuroscience, March 31, 2010 • 30(13):4536–4546

Different Relationship of N- and P/Q-Type Ca2_ Channels to Channel-Interacting Slots in Controlling Neurotransmission at Cultured Hippocampal Synapses

Yu-Qing Cao and Richard W. Tsien

Department of Molecular and Cellular Physiology, Beckman Center, Stanford University School of Medicine, Stanford, California 94305-5345

Synaptic transmission at CNS synapses is often mediated by joint actions of multiple Ca2_channel subtypes, most prominently, P/Q- and N-type.Wehave proposed that P/Q-type Ca2_channels saturate type-preferring slots at presynaptic terminals, which impose a ceiling on the synaptic efficacy of the channels. To test for analogous interactions for presynaptic N-type Ca2_ channels, we overexpressed theirpore-forming CaV2.2 subunit in cultured mouse hippocampal neurons, recorded excitatory synaptic transmission from transfected cells, and dissected the contributions of N-, P/Q-, and R-type channels with subtype-specific blockers. Overexpression of CaV2.2 did not increase the absolute size of the EPSC even though somatic N-type current was augmented by severalfold. Thus, the strength of neurotransmission is saturated with regard to levels of Ca2_ channel expression for both N-type and P/Q-type channels. Overexpression of Ca2_-impermeable CaV2.2 subunits decreased EPSC size, corroborating competition for channel slots. Striking asymmetries between Nand P/Q-type channels emerged when their relative contributions were compared with channel overexpression. Overexpressed N-type channels could competitively displace P/Q-type channels from P/Q-preferring slots and take over the role of supporting transmission. The converse was not found with overexpression of P/Q-type channels, regardless of their C-terminal domain.Weinterpret these findings in terms of two different kinds of presynaptic slots at excitatory synapses, one accepting N-type channels but rejecting P/Q-type (Nspecific) and the other preferring P/Q-type but also accepting N-type (PQpreferring). The interaction between channels and slots governs the respective contributions of multiple channel types to neurotransmission and, in turn, the ability of transmission to respond to various stimulus patterns and neuromodulators.

培養海馬シナプスでの神経伝達調節におけるチャネルインタラクションslotsへのN-とP/Q-タイプCaチャネルの異なった関係についての論文を紹介します。

中枢神経細胞間でのシナプス伝達は、複数のCa チャネルサブタイプの活動によって行われます。その中で影響を与える主なCaチャネルはP/Q- とN- 型といわれています。培養海馬神経細胞の特徴として、培養開始直後はN-型が主に発現しますが、培養後5日後からP/Q-型の発現が増加します。しかし、この変化は他のサブタイプを排他的に入れ替わってしまうまで増加しません。これらについての過去の報告では、生後、脊髄後角でP/Q- 型がプレシナプスに占める割合は約50 ％ まで、より中枢の海馬でもそれより若干高いレベル程度の占拠率で限界を迎えると報告されています。著者らはこの内容に、どのような原因が含まれているかを解明するため、2004 年にP/Q- 型Ca チャネルを培養海馬神経細胞に過剰発現させ、それがプレシナプスでP/Q- 型をより好む「slots（α1 サブユニットが収まる複合体）」 を飽和させることを証明しました。今回ご紹介する論文はその続編になります。前回調査していないプレシナプスN- 型Ca チャネルのslotsに関してテストするため、培養マウス海馬神経細胞へそれらのCa通過孔形成遺伝子Cav2.2 を過剰発現させた変異神経細胞から興奮性シナプスでのEPSCを記録しました。実験ではタイプ特異的な阻害剤を用いN-, P/Q- ,R- 型Ca チャネルサブタイプの違いが、slots に与える影響について分析しました。その結果、Ca 透過型・Ca 非透過型 N-型 α1サブユニットの過剰発現で、P/Q- を「より好むSlots」 からP/Q-チャネル を競合的にどけ、神経伝達の役割を引き継ぐことが分かりました。逆にP/Q- チャネルの過剰発現では、それらC-末端のドメインに関係なく同様の現象は認められませんでした。以上を踏まえ、本論文では興奮性シナプスにおいてプレシナプスの2つの異なったslots (ひとつはN- 型 チャネルを受け入れるがP/Q- 型チャネルを拒絶する(Nspecific) とその他P/Q- 型を好むがN- 型 も受け入れる(PQpreferring)) の存在を電気生理学的に明らかにしました。これまでCa チャネルサブタイプの変化は、刺激に対する神経伝達物質放出の放出確率や放出量等を変えうると報告されています。「slots」という複合体を介して行われるシナプス成熟に伴うCa チャネルサブタイプ別発現量変化は、中枢神経においては短期または長期記憶の形成に影響を与えることをも想像させます。あくまで今回は中枢神経の内容ですが、末梢神経では損傷後の神経組織回復に影響を与えることも考えられます。Caチャネルのサブタイプと神経伝達物質放出メカニズムが、成長と伴に効率よくその割合を変化させるためには、このようなアタッチメント様の役割を持つ構造体が重要な役割を果たしているかもしれないということが示唆されました。
紹介者；　森　倫範　　2010年05月12日

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中枢神経細胞間でのシナプス伝達, 培養海馬シナプス