大脳皮質の神経細胞間の結合と距離の関係。1平方mmあたり(図中央の小さい四角領域)、約10万個の神経細胞が存在する。その1平方mmの領域の神経細胞と結合がある領域を赤色の濃淡で示す。色が濃いほど結合するシナプスの密度が高い。シナプスの半分は近い領域と結合し、残りは離れた領域(図左の四角領域)と結合しているため、脳の機能を理解するには、脳全体のシミュレーションが必要となる。大脳皮質の神経細胞間の結合と距離の関係。1mm2あたり(図中央の小さい四角領域)、約10万個の神経細胞が存在する。その1mm2の領域の神経細胞と結合がある領域を赤色の濃淡で示す。色が濃いほど結合するシナプスの密度が高い。シナプスの半分は近い領域と結合し、残りは離れた領域(図左の四角領域)と結合しているため、脳の機能を理解するには、脳全体のシミュレーションが必要となる。メカニズム送信側の神経細胞(赤)から受信側の神経細胞(灰)へと情報が伝達される時、その情報受け渡しの場となるのがシナプスです。送信側(シナプス前末端)にはシナプス小胞と呼ばれる小さな袋が格納されており、この中に神経伝達物質という化学物質が詰め込まれています。電気信号(活動電位)がシナプス前末端に到達すると、シナプス小胞が前末端膜に融合することで、中の伝達物質を外へと放出します(エキソサイトーシス)。受信側(シナプス後膜)は伝達物質を受容体で受け取り、電気信号へと変換することで情報の受け渡しがなされます。前末端に融合したシナプス小胞は再び取り込まれ、また伝達物質を詰め込まれて再利用されます(エンドサイトーシス)。エキソサイトーシスされる小胞の量とエンドサイトーシスされる小胞の量のバランスを調整することで、持続的な情報伝達が行われています。RhoA/Rhoキナーゼを介した小胞エンドサイトーシス制御機構OIST細胞分子シナプス機能ユニット(高橋智幸教授)のザカリ・タウフィック研究員と江口工学研究員はそれぞれの専門の生化学と電気生理学の手法を組み合わせ、Rhoキナーゼという酵素が神経細胞間の情報伝達を調節する重要な分子であることを発見しました。通常シナプスではシナプス前末端から後膜への一方通行の情報伝達が行われていますが、シナプス後膜から前末端への逆行性の情報伝達が起こることがあります。以前の研究では、この逆行性の情報伝達がシナプス前末端での小胞エンドサイトーシスを制御していることを報告しました。シナプス前末端から放出された神経伝達物質(グルタミン酸)は、シナプス後膜のNMDA受容体(NMDAR)に結合します。グルタミン酸を受け取ったNMDARは細胞内へとカルシウムイオンを流入させます。流入したカルシウムイオンはカルモジュリン(CaM)を、CaMはNO合成酵素(NOS)を活性化し、NOを生成します。NOは細胞膜を透過してシナプス前末端へと拡散し、前末端にある水溶性グアニル酸シクラーゼ(sGC)を活性化します。sGCが活性化するとサイクリックGMP(cGMP)を生成し、cGMP依存性プロテインキナーゼ(PKG)を活性化します。活性化したPKGはシナプス前末端内のPIP2濃度を上げ、小胞エンドサイトーシスを促進します。今回の研究では、このPKGとPIP2を単量体G蛋白質RhoAと、RhoAによって活性化するプロテインキナーゼ(Rhoキナーゼ)とが仲介していることを発見しました。Neuroscienceに掲載されました。教育研究活動は学際的で、科学技術研究の最先端を目指しています。