生体由来のマウス海馬グルタミン酸作動性シナプスのクライオ電子トモグラフィー解析

Core Concepts

生体由来のマウス海馬組織からグルタミン酸作動性シナプスを同定し、クライオ電子トモグラフィーを用いて高解像度で可視化することで、シナプス構造の詳細を明らかにした。

Abstract

本研究では、グルタミン酸作動性シナプスを効率的に同定し、高解像度で可視化する手法を開発した。 まず、蛍光タグ付きのプレシナプス及びポストシナプス蛋白質を発現するトランスジェニックマウスを作製し、グルタミン酸作動性シナプスを蛍光顕微鏡で特定できるようにした。次に、グルタミン酸受容体サブユニットGluA2に特異的な抗体フラグメントをゴールド粒子と結合させ、クライオ電子トモグラフィーでGluA2受容体の局在を可視化した。 これらの手法を組み合わせることで、生体由来の未固定・無染色のマウス海馬組織切片からグルタミン酸作動性シナプスを高精度に同定し、クライオ電子トモグラフィーによる3次元構造解析を行うことができた。その結果、シナプス小胞、シナプス間隙、GluA2受容体の局在など、化学シナプスの主要な構造的特徴を明らかにすることができた。 本研究で開発した手法は、生体由来の神経組織におけるシナプス構造の詳細な可視化を可能にし、シナプス機能と構造の関係を解明する上で重要な知見を提供するものと期待される。

Stats

シナプス間隙の幅は20-30 nmであった。 GluA2受容体のAuNP標識部位間の距離は主に40-100 Åの範囲にあった。 GluA2受容体のAuNP標識部位とポストシナプス膜との距離は平均196 ± 22 Åであった。 GluA2受容体のAuNP標識部位とプレシナプス膜との距離は平均70 ± 29 Åであった。

Quotes

「生体由来の未固定・無染色のマウス海馬組織切片からグルタミン酸作動性シナプスを高精度に同定し、クライオ電子トモグラフィーによる3次元構造解析を行うことができた。」 「その結果、シナプス小胞、シナプス間隙、GluA2受容体の局在など、化学シナプスの主要な構造的特徴を明らかにすることができた。」

Key Insights Distilled From

Cryo-electron tomographic investigation of native hippocampal glutamatergic synapses

by Matsui,A., S... at www.biorxiv.org 04-01-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.01.587595v2

Deeper Inquiries

生体由来の神経組織以外の細胞や組織においても、本手法は適用可能だろうか

本手法は、生体由来の神経組織以外の細胞や組織にも適用可能です。例えば、他の組織や細胞においても特定のタンパク質や受容体を標識するための遺伝子組み換えマウスラインを用意し、それらの標識を利用してシナプスや受容体を同定し、高分解能で可視化することが可能です。また、抗体フラグメントやゴールド粒子標識以外の手法も組み合わせることで、さらなる局在化の手法を開発することができます。

本研究で用いた抗体フラグメントやゴールド粒子標識以外の手法で、シナプス受容体の局在を可視化する方法はないだろうか

本研究で使用された抗体フラグメントやゴールド粒子標識以外にも、シナプス受容体の局在を可視化する方法はいくつか存在します。例えば、蛍光タンパク質を用いた免疫染色や蛍光顕微鏡を活用することで、特定のタンパク質や受容体をラベル付けし、その局在を観察することが可能です。また、免疫電顕や光学顕微鏡を組み合わせた手法も有効であり、シナプス構造や受容体の局在を詳細に解析することができます。

本研究で明らかになったシナプス構造の特徴は、シナプス機能や神経活動とどのように関連しているのだろうか

本研究で明らかになったシナプス構造の特徴は、シナプス機能や神経活動と密接に関連しています。例えば、シナプスの形態や構造がシナプス伝達やプラスチシティにどのように影響を与えるかを理解することで、神経回路の機能や学習・記憶形成のメカニズムを解明することができます。また、シナプス構造の変化が神経疾患や障害とどのように関連しているかを調査することで、疾患の病態理解や治療法の開発にも貢献することが期待されます。