特別講演２

発達期における神経回路機能の再編成抑制性−伝達物質のスイッチング

鍋倉淳一

自然科学研究機構生理学研究所　発達生理学研究系　恒常生体機能発達機構研究部門

　脳の発達の最終段階において神経回路の再編成が観察される。これは既に機能している神経回路の変化であるため、しばしば感覚、行動、リズムなどの脳機能の発達に伴う大きな変化として表現される。発達後期における神経回路の変化として、１）余剰シナプスの除去などの神経回路連絡の変化（ref.1）　および２）シナプスレベルにおいて伝達物質受容体サブユニットやシナプス後細胞内イオン環境（細胞内クロール濃度の変化など, ref.2）に伴うシナプス伝達様式の変化が報告されている。しかし放出される伝達物質自体の変化は、中枢神経系では今まで報告をみない。本研究においては聴覚系経路において伝達物質がGABAからグリシンへ発達スイッチするという発達期における新しい現象を見い出したので報告する。
【結果と考察】ラット聴覚中継路核である内側台形体核(NMTB)から外側上オリーブ核(LSO)に入力する抑制性回路において、NMTBを刺激してその入力様式を電気生理学的手法により検討した結果、生後０?３日目は主にGABA作動性入力であり、発達に従い次第にグリシン性成分増加し、生後１４日以降はグリシン作動性に変化することが判明した。この変化の神経終末における機序として１）GABA作動性入力の除去（synapseelimination）+グリシン性終末の入力、または　２）終末から放出される伝達物質がGABAからグリシンへと変化する単一終末レベルでの現象の可能性が考えられる。これを解明するために、終末から放出される単一シナプス小胞によるイベントである微小シナプス電流(mIPSCs)について、グリシンおよびGABAA受容体ブロッカーによるmIPSCの大きさの抑制率や、decay time（GABA作動性mIPSC>グリシン作動性）を用いた解析を発達各時期において行った結果、mIPSC自体が未熟期のGABA作動性から、GABA+グリシンのco-releaseを経て成熟期のグリシン作動性に変化することが判明した。この結果はLSOに入力する抑制性伝達様式が単一シナプスレベルでスイッチすることを意味する。更に、免疫電顕にて個々の終末内の伝達物質がGABA、GABA+グリシンからグリシンと変化することを確認した。以上の結果から、LSOに入力する抑制性伝達物質がGABAからグリシンへと単一終末レベルでスイッチすることが明らかになった(ref.3)。この単一終末レベルにおける伝達物質のスイッチは中枢神経系では他に報告がなく、新しい神経回路の発達remodellingであることが考えられる。
　これに加えて、この部位における未熟期のGABAの役割について最近の結果を報告する。

1. , Colman H, Nabekura J, Lichtman J (1997) Alterations in synaptic strength preceding axon withdrawal. Science 275: 356-361

2．Kakazu Y, Akaike N, Komiyama S, Nabekura J (1999)  Regulation of intracellular Cl^- by cotransporters in developing lateral superior olive neurons. J. Neurosci. 19: 2843-2851

3. Nabekura J, Katsurabayashi S, Kakazu Y, Shibata S, Matsubara A, Jinno S, Mizoguchi Y, Sasaki A & Ishibashi H (2004). Developmental Switch from GABA to glycine release in single central synaptic terminals. Nat Neurosci, 7(1): 17-23.