広報活動

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2015年12月18日

理化学研究所
名古屋大学

2つのシグナル物質の使い分けによる正反対の神経制御

-新たな抑制性シナプス伝達制御メカニズムの発見-

グルタミン酸とCa2+によるGABAA受容体の側方拡散制御の図

図 グルタミン酸とCa2+によるGABAA受容体の側方拡散制御

私たちの体の中では、複雑なメカニズムが巧妙に働いています。人体という限られたサイズの中にある限られた種類の分子をフル稼働させ、私たちは日々生きているわけです。しかし、「脳の中には、従来知られていた役割とは正反対の役割も担うメカニズムがある」などと聞くと、なんて賢いんだ!と自分の体がいとおしく思えませんか。

私たちの脳は、神経細胞の興奮と抑制のバランスの上に成り立っています。神経細胞はシナプスという構造を介して情報伝達を行っていて、シナプスには情報を受け取る側の神経細胞を興奮させる「興奮性シナプス」と、興奮を抑える「抑制性シナプス」があります。興奮と抑制のバランスを保っているのが、抑制性シナプスでの情報の受け取りを行っているタンパク質「GABAA受容体」を介した情報伝達です。この情報伝達のメカニズムを明らかできれば、脳の機能の理解や、精神・神経疾患の原因解明につながると考えられています。

通常、GABAA受容体は、効率良く情報を受け取るためにシナプスに集まっています。しかし、理研の研究者を中心とした国際共同研究グループは、2009年に、細胞外から細胞内へ大量のカルシウム(Ca2+)流入が起きると、GABAA受容体が細胞膜内で動きやすくなってシナプスで散逸し、抑制性神経伝達が弱くなることを明らかにしています。今回、同研究グループは、細胞内のCa2+を貯蔵している小胞体からのイノシトール三リン酸(IP3)受容体を介したCa2+の放出が、抑制性シナプスに果たす役割に注目しました。神経細胞膜上のGABAA受容体の動きを1分子レベルで追跡したところ、IP3受容体からのCa2+放出がGABAA受容体を動きにくし、抑制性シナプス中でのGABAA受容体の安定性を高めていることが分かりました。さらに、GABAA受容体の安定性を高めるには、IP3受容体に加え「代謝型グルタミン酸受容体」と「リン酸化酵素プロテインキナーゼC」の活性化が必要なことが分かりました。

グルタミン酸は、グルタミン酸受容体を活性化して細胞内に大量のCa2+を流入させ、GABAA受容体を動きやすくすることが知られていましたが、今回、解明したメカニズムでは、同じグルタミン酸とCa2+というシグナル物質が、代謝型グルタミン酸とIP3受容体という全く異なる受容体を介して、逆にGABAA受容体を動きにくくして安定性を高めています。このことは、グルタミン酸とCa2+というGABA作動性シナプスの制御に関わるシグナル物質が、これまで知られていた役割とは正反対の役割も果たしていることを示しています。

つまり、脳の抑制性神経伝達効率の増加と減少が、2つのシグナル物質の使い分けによって選択的に引き起こされていることになります。

理化学研究所
脳科学総合研究センター 発生神経生物研究チーム
チームリーダー 御子柴 克彦 (みこしば かつひこ)
研究員 丹羽 史尋 (にわ ふみひろ)
客員研究員 坂内 博子 (ばんない ひろこ)(名古屋大学大学院理学研究科 特任講師)