シナプス小胞

シナプス小胞とは

シナプス小胞（英: synaptic vesicle）は、神経細胞のシナプスに存在する、直径約40nmの小さな袋状の構造体です。この小胞は、神経伝達物質と呼ばれる化学物質を内部に貯蔵し、神経細胞間の情報伝達において重要な役割を果たします。

構造

シナプス小胞の膜は、タンパク質とリン脂質で構成されており、その比率は約1:3です。脂質は、ホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリン、ホスファチジルイノシトール、コレステロールなどが含まれます。また、シナプス小胞には、神経伝達物質の取り込みに関わる輸送タンパク質と、小胞の移動、放出、再利用に関わるトラフィッキングタンパク質という2種類の必須構成要素が存在します。

輸送タンパク質は、プロトンポンプと神経伝達物質輸送体から構成されており、プロトンポンプはATPを消費して電気化学的勾配を作り出し、神経伝達物質輸送体はその勾配を利用して細胞質から小胞内へ神経伝達物質を輸送します。

トラフィッキングタンパク質は、より複雑な構成をしており、内在性膜タンパク質、表在性膜タンパク質、SNAREタンパク質などが含まれます。これらのタンパク質がシナプス小胞へどのように特異的に輸送されるかは、まだ完全には解明されていません。

機能

シナプス小胞は、神経終末に運ばれ、神経伝達物質を充填された後、細胞膜にドッキングします。活動電位が到達すると、細胞内にカルシウムイオンが流入し、SNAREタンパク質の働きによって小胞と細胞膜が融合し、神経伝達物質がシナプス間隙に放出されます。この放出のプロセスは、エキソサイトーシスと呼ばれます。放出された神経伝達物質は、次の神経細胞の受容体に結合し、情報を伝達します。

シナプス小胞は、放出後も再利用されます。再利用のメカニズムには、大きく分けてfull-collapse fusionとkiss-and-runの2つの方法があります。full-collapse fusionでは、小胞は細胞膜に完全に融合し、その後、再形成されます。kiss-and-runでは、小胞は細胞膜に一時的に接触し、神経伝達物質を放出した後、再び小胞として再生されます。

小胞プール

神経終末の小胞は、放出可能プール、再循環プール、貯蔵プールの3つのプールに分類されます。放出可能プールは、細胞膜にドッキングしており、すぐに放出されます。再循環プールは、細胞膜の近くに存在し、中程度の刺激で放出と再形成のサイクルを始めます。貯蔵プールは、通常は放出されない小胞を含みます。

シナプス小胞サイクル

シナプス小胞のサイクルは以下の段階に分けられます。

1. シナプスへの輸送: 小胞の構成要素は、キネシンファミリーのタンパク質によってシナプスへ輸送されます。
2. 神経伝達物質のローディング: 小胞には、輸送体とプロトンポンプによって神経伝達物質が詰め込まれます。
3. ドッキング: ローディングされた小胞は、放出部位にドッキングします。
4. プライミング: ドッキングした小胞は、膜融合の準備段階に入ります。
5. 融合: プライミングされた小胞は、カルシウムイオンの流入に応じて細胞膜と融合し、神経伝達物質を放出します。
6. エンドサイトーシス: 小胞は細胞膜から回収され、再利用されます。

神経毒との関係

シナプス小胞は、神経毒によってその機能が阻害されることがあります。例えば、テタヌストキシンやボツリヌストキシンは、SNAREタンパク質を損傷することで、小胞の融合を阻害し、神経伝達を妨げます。また、クモ毒の一種であるα-ラトロトキシンは、小胞を破壊することで大量の神経伝達物質放出を引き起こします。

歴史

シナプス小胞は、1950年代に電子顕微鏡の登場によって発見されました。1960年代には、シナプス小胞に神経伝達物質が含まれていることが実証され、神経伝達のメカニズムの理解が大きく進展しました。その後、シナプス小胞はさまざまな神経伝達物質を運んでいることが明らかになり、神経科学における重要な研究対象となっています。

近年の研究

近年では、シナプス小胞にtRNA断片、Y RNA断片、miRNAといった低分子RNAが含まれていることが発見されています。これらのRNAがシナプス機能にどのような役割を果たしているのかについては、今後の研究が期待されています。

シナプス小胞の研究は、神経疾患の解明や治療法の開発につながる可能性を秘めており、神経科学における重要な研究テーマです。

参考文献

Synaptic Vesicles – Cell Centered Database
小胞モノアミントランスポーター
シナプシン
小胞融合
* シナプトソーム

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