シナプス後受容体とシナプス統合

シナプス後受容体は、放出された神経伝達物質を検出し、その結合を生理学的応答に変換する標的細胞上のタンパク質です。これらは大きく2つのクラスに分けられます。ミリ秒単位で作用するリガンド依存性イオンチャネルであるイオンチャネル型受容体と、Gタンパク質と共役し、セカンドメッセンジャーを介してよりゆっくりと作用する代謝型受容体です。これらの受容体の特性が、シナプス後信号の符号、大きさ、および時間経過を決定します。

Definition

シナプス後神経伝達物質受容体は、特定の伝達物質に結合し、その結合を直接イオンチャネルを開くことによって（イオンチャネル型）、またはGタンパク質を介して細胞内シグナル伝達カスケードを活性化することによって（代謝型）伝達する膜タンパク質であり、それによって標的細胞の興奮性または生化学的性質を変化させます。

Scope

このトピックでは、主要な神経伝達物質受容体ファミリー、イオンチャネル型シグナル伝達と代謝型シグナル伝達の区別、受容体タイプが興奮性または抑制性効果をどのように設定するか、および結果として生じる電位がシナプス後ニューロンによってどのように合計されるかについて説明します。これは生理学および薬理学の背景として提示されており、治療の指針ではありません。

Core questions

• イオンチャネル型受容体と代謝型受容体は何が異なりますか？
• 受容体タイプは、シナプスが興奮性か抑制性かをどのように決定しますか？
• 受容体の動態はシナプス後電位をどのように形成しますか？
• 複数のシナプス入力はシナプス後ニューロンでどのように統合されますか？

Key concepts

• イオンチャネル型（リガンド依存性）受容体
• 代謝型（Gタンパク質共役型）受容体
• グルタミン酸受容体（AMPA、NMDA、カイニン酸）
• GABAおよびグリシン受容体
• アセチルコリン、ドーパミン、セロトニン受容体
• セカンドメッセンジャーとシグナル伝達
• 受容体脱感作
• シナプス統合と加算

Key theories

イオンチャネル型と代謝型伝達

速い伝達はミリ秒以内に開くリガンド依存性イオンチャネルを使用するのに対し、より遅く調節的な伝達はセカンドメッセンジャーを介して作用するGタンパク質共役型受容体を使用します。同じ伝達物質が両方のクラスを介して作用することもあります。

Mechanisms

伝達物質がイオンチャネル型受容体に結合すると、受容体固有のチャネルが開き、イオンの流入によって膜がミリ秒以内に脱分極または過分極します。グルタミン酸作動性AMPAおよびNMDAチャネルは速い興奮を媒介し、GABAおよびグリシン作動性塩化物チャネルは速い抑制を媒介します。一方、代謝型受容体は、セカンドメッセンジャーを介して酵素やイオンチャネルを調節するGタンパク質を活性化し、多くのドーパミン受容体やムスカリン性アセチルコリン受容体に見られるように、より遅く、より持続的な効果を生み出します。シナプス後ニューロンは、その樹状突起と細胞体全体で生成される興奮性および抑制性電位を空間的および時間的に合計し、トリガーゾーンでの正味の膜電位が活動電位が発火するかどうかを決定します。

Clinical relevance

神経伝達物質受容体は、医学において最も一般的な薬物標的の一つであり、多くの中枢神経作用薬や精神作用薬の作用部位でもあります。なぜなら、アゴニストやアンタゴニストは伝達物質の効果を模倣または遮断できるからです。この項目では、そのような薬剤が関与する受容体の生理学について説明しており、処方や診断の助言ではなく、参考資料として意図されています。

History

20世紀に開拓された、選択的アゴニストとアンタゴニストによる受容体の薬理学的分類は、分子クローニングによって受容体ファミリーのサブユニット構成と構造が明らかになるにつれて発展しました。比較生理学的研究によりイオンチャネル型と代謝型の区別が確立され、グルタミン酸受容体とドーパミン受容体の詳細な構造的および機能的レビューにより、現代の受容体マップが統合されました。

Key figures

• Roger Nicoll
• Robert Malenka
• Stephen Traynelis

Seminal works

• nicoll-1990
• traynelis-2010
• beaulieu-2011

Frequently asked questions

イオンチャネル型受容体と代謝型受容体の違いは何ですか？

イオンチャネル型受容体は、伝達物質が結合すると開くイオンチャネルそのものであり、速い応答を生じます。一方、代謝型受容体は、Gタンパク質とセカンドメッセンジャーを介して間接的にシグナルを伝達し、より遅く、より調節的な効果を生じます。

同じ神経伝達物質が、あるシナプスでは興奮性で、別のシナプスでは抑制性であるのはなぜですか？

その効果は、伝達物質単独ではなく、受容体とそれが透過させるイオンに依存します。例えば、陽イオン透過性受容体に作用するグルタミン酸は興奮を引き起こしますが、塩化物透過性受容体に作用するGABAは通常、抑制を引き起こします。