一般講演１

代謝型グルタミン酸受容体の脱感作による海馬アストロサイトCa2+濃度振動の調節

○ 後藤　勲、夏目季代久

九州工業大学大学院　生命体工学研究科　脳情報専攻

脳内グリア細胞の1つであるアストロサイト (AS)は電気的な発火現象を示さないため、非興奮性細胞として認識され、積極的な神経情報処理への関与は示唆されていなかった。しかし、最近の光学測定技術の発達によって、ASも神経系の活動の中でダイナミックな応答を示し、神経系の高次機能に重要な役割を果たす可能性が示唆されるようになった。
これまでの研究はASが神経細胞同様にグルタミン酸受容体 (ASでは代謝型グルタミン受容体; mGluR)を有し[1]、シナプスを取り囲むようにASが存在する[2]ことから、プレシナプス、ポストシナプスとASを含んだ3者間シナプスを形成する可能性を示唆している[３]。従って、シナプス伝達時に、神経細胞は神経細胞だけでなく、ASにも発火情報を伝えることできる。また、海馬培養ASにおいて観察される現象として、海馬における主要な神経伝達物質であるグルタミン酸 (Glu)の投与が4つのCa2+応答パターンを誘導することもCornell-Bellらによって以前報告されている[４]。
以前我々が提案したASCa2+濃度振動モデル (PLC モデル)は培養ASで観察される3つのCa2+応答パターン (持続的な振動、ダンプ振動、ステップ応答)を再現できた[５]。しかしながら、Cornell-Bellらが報告した4つ目の応答パターンである、周波数の減衰する振動パターンはPLC モデルでは再現できなかった。そこで、今回の研究ではGluのmGluRへの結合、G蛋白活性、PLC (ホスホリパーゼC) によるイノシトール3リン酸産生までの反応をPLC モデルに組み込んだ (MDモデル)。さらに、mGluRはアゴニスト刺激によって脱感作することが知られている[６]。我々はこの脱感作をMDモデルに組み込み、mGluRのシンプルモデルを構築し実験を行った。
その結果、MDモデルはmGluRの脱感作速度の調節によって周波数の減衰する振動パターンも再現できた。興味深いことに、MDモデルはASCa2+濃度振動の新しいパターンも誘導した。これらの結果はASCa2+濃度振動パターンと振動周波数がmGluRの脱感作速度によって調節されるかもしれないという可能性を示唆する。


[1] Kiyoshi Nakahara, Masamichi Okada, and Shigetada Nakanishi, (1997): The Metabotropic Glutamate Receptor mGluR5 Induces Calcium Oscillations in Cultured Astrocytes via Protein Kinase C Phosphorylation, Journal of Neurochemistry, Vol. 69, pp. 1467-1475
[2] R. Ventura and K.M. Harris, (1999): Three dimensional relationships between hippocampal synapses and astrocytes, J. Neurosci., Vol. 19, pp. 6897-6906
[3] Yoshihisa Kudo, (2003): Glia-Neuron Network Concept, SAIBOU-KOUGAKU, Vol. 22, pp.390-392, (in Japanese)
[4] A.H. Cornell-Bell, S.M. Finkbeiner, M.S. Cooper, S.J. Smith, (1990): Glutamate Induced Calcium Waves in Cultured Astrocytes: Long-range Glial Signaling, Science, Vol. 247, pp. 470-473
[5] I. Goto, S. Kinoshita, K. Natsume, (2004): The Model of Glutamate-induced Intracellular Ca2+ oscillation and Intercellular Ca2+ wave in brain astrocytes, Neurocomputing, Vol. 58, pp. 461-467
[6] Paul J. Kammermeier and Stephen R. Ikeda, (2001): Desensitization of Group I Metabotropic Glutamate Receptors in Rat Sympathetic Neurons, Journal of Neurophysiol, Vol. 87, pp. 1669-1676