シナプス伝達と神経伝達物質

シナプス伝達とは、あるニューロンがシナプスを介して別のニューロンに信号を伝達するプロセスです。最も一般的な形態である化学伝達では、活動電位の到達が神経伝達物質分子の放出を引き起こし、これらの分子がシナプス間隙を拡散して受容細胞の受容体に作用します。神経伝達物質とその受容体の種類によって、信号が標的を興奮させるか、抑制するか、あるいは調節するかが決定されます。

Definition

シナプス伝達とは、古典的にはカルシウム依存性の神経伝達物質放出によって、前シナプスニューロンから後シナプス細胞へ信号が伝達されるプロセスであり、神経伝達物質は、この情報を運ぶ信号分子です。

Scope

このトピックでは、化学シナプス伝達の段階（カルシウムによって誘発される小胞融合、神経伝達物質放出、受容体活性化、信号終結）と、主要な神経伝達物質システム（グルタミン酸、GABA、アセチルコリン、モノアミンなど）、およびイオンチャネル型受容体と代謝型受容体の区別について扱います。これはメカニズムに関する参照調査であり、臨床的ガイダンスを提供するものではありません。

Core questions

• 活動電位はどのようにしてシナプス前終末での神経伝達物質放出を引き起こすのでしょうか？
• シナプス後受容体はどのようにして化学信号を電気的または生化学的応答に変換するのでしょうか？
• 主要な神経伝達物質システムとその受容体タイプを区別するものは何ですか？
• シナプス信号はどのように終結し、伝達物質はどのように除去されるのですか？

Key concepts

• シナプス小胞とSNARE機構
• カルシウム誘発性エキソサイトーシス
• シナプス間隙と拡散
• イオンチャネル型受容体と代謝型受容体
• 興奮性神経伝達物質と抑制性神経伝達物質
• 神経伝達物質の再取り込みとクリアランス

Key theories

小胞放出のカルシウム仮説

終末における活動電位駆動型カルシウム流入は、神経伝達物質を積んだ小胞と膜との融合を引き起こし、SNARE機構とカルシウムセンサーであるシナプトタグミンが迅速かつ同期的な放出を媒介します。

Mechanisms

活動電位がシナプス前終末に到達すると、電位依存性カルシウムチャネルが開き、結果として生じるカルシウム流入はシナプトタグミンによって検出されます。シナプトタグミンはSNARE複合体と協調して、神経伝達物質小胞の同期的な融合を促進します。この一連のプロセスは、SüdhofとChapmanによって分子レベルで解明されました。放出された伝達物質はシナプス間隙を拡散し、シナプス後受容体に結合します。イオンチャネル型受容体はイオンチャネルを直接開いて速い興奮性または抑制性電位を生成する一方、代謝型受容体はGタンパク質を介して作用し、ドーパミン受容体シグナル伝達に示されるように、より遅く、調節的な効果を生み出します。信号は、再取り込みトランスポーター、酵素的分解、またはシナプスからの拡散によって終結します。

Clinical relevance

神経系に作用する多くの薬剤は、神経伝達物質の放出を変化させたり、受容体を遮断または活性化したり、再取り込みを阻害したりするなど、シナプス伝達を変化させることによって作用します。したがって、このトピックで説明するメカニズムは、神経薬理学を理解するための不可欠な背景を提供します。この項目は教育的なものであり、処方や治療の決定の根拠となるものではありません。

Evidence & guidelines

このトピックは、小胞融合、受容体薬理学、および神経伝達物質システムに関する分子および生理学的研究によって裏付けられており、臨床ガイドラインによるものではなく、標準的な神経科学および薬理学の参考文献にまとめられています。

History

シナプス伝達の化学的性質は20世紀初頭に確立され、特にオットー・レーヴィによる化学伝達物質の証明と、バーナード・カッツによる神経筋接合部における放出の量子解析が注目されます。その後の分子生物学的研究により、小胞融合を制御するSNAREタンパク質とカルシウムセンサーであるシナプトタグミンが同定され、受容体ファミリーの特性評価により、異なる神経伝達物質がどのように興奮、抑制、または調節を生み出すかが明確になりました。

Key figures

• Bernard Katz
• Thomas Südhof
• Edward Chapman
• Otto Loewi

Seminal works

• sudhof-2013
• chapman-2008
• beaulieu-gainetdinov-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、神経伝達物質が結合すると直接開くイオンチャネルであり、速い応答を生み出します。一方、代謝型受容体は細胞内シグナル伝達カスケードを介して作用し、より遅く、より長く持続する調節効果を生み出します。

神経伝達物質の放出にカルシウムが重要なのはなぜですか？

活動電位の到達により電位依存性カルシウムチャネルが開き、流入したカルシウムが神経伝達物質小胞が膜と融合して内容物を放出する引き金となります。