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シナプス小胞のない化学シナプス:CALHM1チャネル-ミトコンドリアシグナル伝達複合体によるプリン作動性神経伝達

Chemical synapses without synaptic vesicles: Purinergic neurotransmission through a CALHM1 channel-mitochondrial signaling complex

Research Article

Sci. Signal. 08 May 2018:
Vol. 11, Issue 529, eaao1815
DOI: 10.1126/scisignal.aao1815

Roman A. Romanov1,2,3, Robert S. Lasher4, Brigit High4, Logan E. Savidge4, Adam Lawson4, Olga A. Rogachevskaja1, Haitian Zhao5, Vadim V. Rogachevsky1,6, Marina F. Bystrova1, Gleb D. Churbanov1, Igor Adameyko2,7, Tibor Harkany2,8, Ruibiao Yang4, Grahame J. Kidd9, Philippe Marambaud5, John C. Kinnamon10, Stanislav S. Kolesnikov1,*,†, and Thomas E. Finger4,*,†

1 Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Science, Pushchino, Moscow Region 142290, Russia.
2 Department of Molecular Neurosciences, Center for Brain Research, Medical University of Vienna, A-1090 Vienna, Austria.
3 Immanuel Kant Baltic Federal University, Kaliningrad 236041, Russia.
4 Rocky Mountain Taste and Smell Center, Department of Cell and Developmental Biology, University Colorado School of Medicine, Aurora, CO 80045, USA.
5 Litwin-Zucker Research Center for the Study of Alzheimer's Disease, The Feinstein Institute for Medical Research, Manhasset, NY 11030, USA.
6 United Pushchino Center for Electron Microscopy, Pushchino, Moscow Region 142290, Russia.
7 Department of Physiology and Pharmacology, Karolinska Institutet, SE-17177 Stockholm, Sweden.
8 Department of Neuroscience, Karolinska Institutet, SE-17177 Stockholm, Sweden.
9 Department of Neuroscience, Lerner Research Institute, Cleveland Clinic, and 3D-Electron Microscopy, Renovo Neural Inc., Cleveland, OH 44195, USA.
10 Rocky Mountain Taste and Smell Center, Department of Biological Sciences, University of Denver, Denver, CO 80210, USA.

† Corresponding author. Email: tom.finger@ucdenver.edu (T.E.F.); staskolesnikov@yahoo.com (S.S.K.)

* Co-senior authors.

要約

神経系における従来の化学的シナプスは、後シナプス受容体を活性化する神経伝達物質を放出する細胞膜と融合する神経伝達物質含有小胞のシナプス前蓄積を伴う。味蕾において、II型受容細胞は、従来のシナプス機能を持たないが、それにもかかわらず大孔の電位依存性チャネルCALHM1を介して求心性神経伝達物質ATPの調節放出を示す。免疫組織化学により、CALHM1が受容細胞と感覚神経線維との接触点に局在することがわかった。超微細構造および超解像度光学顕微鏡法により、CALHM1チャネルが、シナプス前膜から20〜40nm離れた特有の大きな(1〜2μm)ミトコンドリアと一貫して結合していることを示された。ミトコンドリア呼吸鎖の薬理学的阻害は、味覚細胞のATP放出能を制限し、放出されたATPの直接的な供給源がATPの細胞質プールではなくミトコンドリアであることを示唆した。これらの大きなミトコンドリアは、放出可能なATPのリザーバーと合成部位の両方として機能し得る。大きなミトコンドリアがCALHM1を提示する膜領域に並置されることはまた、非選択的CALHM1チャネルの開口時のCa2+の流入を限定する制限区画を規定する。これらの知見は、シナプス小胞の非存在下でのプリン作動性シグナルの調節された焦点放出のための特有のオルガネラシグネチャーおよび機能的構成を明らかにする。

Citation: R. A. Romanov, R. S. Lasher, B. High, L. E. Savidge, A. Lawson, O. A. Rogachevskaja, H. Zhao, V. V. Rogachevsky, M. F. Bystrova, G. D. Churbanov, I. Adameyko, T. Harkany, R. Yang, G. J. Kidd, P. Marambaud, J. C. Kinnamon, S. S. Kolesnikov, T. E. Finger, Chemical synapses without synaptic vesicles: Purinergic neurotransmission through a CALHM1 channel-mitochondrial signaling complex. Sci. Signal. 11, eaao1815 (2018)

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