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受容体選択的拡散障壁がアストロサイト突起の代謝型グルタミン酸受容体刺激に対する感受性を亢進する

Receptor-Selective Diffusion Barrier Enhances Sensitivity of Astrocytic Processes to Metabotropic Glutamate Receptor Stimulation

Research Article

Sci. Signal., 3 April 2012
Vol. 5, Issue 218, p. ra27
[DOI: 10.1126/scisignal.2002498]

Misa Arizono1,2, Hiroko Bannai1*, Kyoko Nakamura3,4, Fumihiro Niwa1,5, Masahiro Enomoto1, Toru Matsu-ura1, Akitoshi Miyamoto1,2, Mark W. Sherwood1, Takeshi Nakamura3, and Katsuhiko Mikoshiba1,3*

1 Laboratory for Developmental Neurobiology, Brain Science Institute, RIKEN, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan.
2 Division of Neuronal Network, Institute of Medical Science, University of Tokyo, 4-6-1 Shirokanedai, Minato-ku, Tokyo 108-8639, Japan.
3 Calcium Oscillation Project, ICORP-SORST, Japan Science and Technology Agency, Kawaguchi, Saitama 332-0012, Japan.
4 Department of Physiology, Juntendo University, Faculty of Medicine, 2-1-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8421, Japan.
5 Laboratory of Functional Genomics, Department of Medical Genome Science, Graduate School of Frontier Science, Institute of Medical Science, University of Tokyo, 4-6-1 Shirokanedai, Minato-ku, Tokyo 108-8639, Japan.

* To whom correspondence should be addressed. E-mail: hbannai@brain.riken.jp (H.B.); mikosiba@brain.riken.jp (K.M.)

要約:アストロサイト突起における代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)依存性カルシウムイオン(Ca2+)シグナル伝達は、脳機能にとって必須のシナプス伝達および局所血流を調節する。しかし、アストロサイト突起のイメージングは難しいので、mGluR依存性Ca2+シグナル伝達の細胞内での空間的構成はよくわかっていないし、その調節機構は依然不明である。われわれは、遺伝子によってコードされたCa2+指標タンパク質を用いて、mGluRアゴニストによる全体的刺激にもかかわらず、Ca2+応答が本質的にアストロサイト突起で著しく高頻度で見られることを明らかにした。このように限局したCa2+応答は、細胞体に対して突起表面のmGluR5密度が高いことに起因することが、免疫細胞化学的に明らかになった。表面mGluR5動態の単一粒子追跡によって、突起と細胞体の間のmGluR5の移動を遮断する膜障壁の存在が明らかになった。mGluRの過剰発現、あるいはmGluRのカルボキシ末端の発現によって、細胞体と突起の間のmGluR5の拡散が可能になり、mGluR5自体、およびmGluR依存性Ca2+シグナル伝達のアストロサイト内での偏在を解消した。これらの結果から、突起と細胞体の間のmGluR5選択的拡散障壁が、アストロサイト内でmGluR Ca2+シグナル伝達を区画化し、特定の細胞内領域におけるシナプス活性や血管活性の制御を可能にすることが示された。

M. Arizono, H. Bannai, K. Nakamura, F. Niwa, M. Enomoto, T. Matsu-ura, A. Miyamoto, M. W. Sherwood, T. Nakamura, K. Mikoshiba, Receptor-Selective Diffusion Barrier Enhances Sensitivity of Astrocytic Processes to Metabotropic Glutamate Receptor Stimulation. Sci. Signal. 5, ra27 (2012).

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