オータプス

オータプスとは、ニューロンからニューロン自身への化学的または電気的シナプスである。 ^{[1] [2]}また、生体内または生体外でニューロンの軸索が自身の樹状突起上に形成するシナプスとも言える。

「オータプス」という用語は、1972年にヴァン・デル・ロースとグレイザーによって初めて造られたもので、彼らはもともと大脳新皮質回路の定量分析を行っていたときにウサギ後頭葉皮質のゴルジ標本でオータプスを観察した。^{[3]また、1970年代には、犬とラットの}大脳皮質、^{[4] [5] [6]}サルの新線条体、^[7]猫の脊髄でもオータプスが見られることが報告されている。^[8]

2000年に、それらはリカレントニューラルネットワークの持続性をサポートするものとして初めてモデル化されました。^[1] 2004年には、それらは振動行動を示すものとしてモデル化されましたが、これはオータプシスのない同じモデルニューロンには存在しませんでした。^[9]より具体的には、ニューロンは高発火率と発火抑制の間を振動し、脳ニューロンに典型的に見られるスパイクバースト行動を反映しています。 2009年、オータプシスは初めて持続的な活性化と関連付けられました。これは、神経回路内の興奮性オータプシスの可能性のある機能を示唆しました。^{[10] 2014年、電気的オータプシスは}神経モデルネットワークで安定したターゲット波とスパイラル波を生成することが示されました。 [ ^11]これは、それらがネットワーク内のニューロンの集団行動を刺激し、制御する上で重要な役割を果たしていることを示しました。 2016年には共鳴のモデルが提示されました。^[12]

オートタプシスは、 N-メチル-D-アスパラギン酸受容体（NMDAR）拮抗薬がシナプスNMDARとシナプス外NMDARにどのように影響するかを研究するなど、研究者が定量的な比較を行うのに役立つ「同じ細胞」の状態をシミュレートするために使用されています。^[13]

最近、中毒やイオンチャネルの阻害によって引き起こされる軸索損傷の場合など、ニューロンの信号伝達が阻害された結果として、オータプスが形成される可能性があると提案されています。^{[14]補助軸索に加えて}細胞体からの樹状突起が発達してオータプスを形成し、ニューロンの信号伝達の修復を助ける可能性があります。

オータプシスは、従来のシナプスと同様に、グルタミン酸放出型（興奮性）またはGABA放出型（抑制性）のいずれかになります。 ^[15]同様に、オータプシスは本質的に電気的または化学的になります。^[2]

大まかに言えば、自閉症における負のフィードバックは興奮性ニューロンを抑制する傾向があるのに対し、正のフィードバックは静止ニューロンを刺激する傾向がある。^[16]

抑制性オータプシスの刺激は、大脳新皮質スライスの第V層の介在ニューロンにおいて過分極 抑制性シナプス後電位を誘発しなかったが、興奮性に影響を与えることが示された。^[17] GABA拮抗薬を使用してオータプシスを阻害すると、最初の脱分極ステップの直後に続く2番目の脱分極ステップの可能性が増加した。これは、オータプシスが2つの近いタイミングの脱分極ステップのうち2番目のステップを抑制することによって作用し、したがって、これらの細胞にフィードバック抑制を提供する可能性があることを示唆している。このメカニズムは、シャント抑制を説明する可能性もある。

細胞培養において、オートタプシスはアメフラシの食物反応行動に大きく寄与するB31/B32ニューロンの長期活性化に寄与することが示されました。^[10]これは、オートタプシスが正のフィードバックを媒介する役割を果たしている可能性を示唆しています。B31/B32オートタプシスはニューロンの活動を開始する役割を果たすことはできませんでしたが、ニューロンの脱分極状態を維持するのに役立ったと考えられています。特に神経回路の他の構成要素（すなわちB63ニューロン）も脱分極全体にわたって強力なシナプス入力を提供できるため、オートタプシスが脱分極を維持する程度は不明です。さらに、オートタプシスはB31/B32ニューロンに迅速な再分極能力を与えることが示唆されています。ベッカーズ（2009）は、特にオータプシスの寄与をブロックし、その後、ブロックされたオータプシスの有無による差異を評価することで、オータプシスの機能をより明確にすることができると提案した。^[18]

Hindmarsh–Rose (HR) モデルニューロンは、オートタプシスなしでも、カオス的、規則的なスパイク状、静止的、周期的なバースト発火パターンを示している。^[19]電気的オートタプシスを導入すると、周期的状態からカオス的状態に切り替わり、オートタプシスの強度と時間遅延が大きくなるにつれて頻度が増加する交互動作を示す。一方、興奮性化学オートタプシスは全体的なカオス状態を増強した。抑制性化学オートタプシスを伴うニューロンでは、カオス状態は減少し、抑制された。オートタプシスのない HR モデルニューロンでは、DC 電流が増加するにつれて、発火パターンは静止状態から周期的、そしてカオスへと変化した。一般に、オートタプシスを伴う HR モデルニューロンは、以前の発火パターンに関係なく、あらゆる発火パターンに切り替える能力を持っている。

大脳新皮質、黒質、海馬などのいくつかの脳領域のニューロンにオートパシーが含まれていることが発見されている。^{[3] [20] [21] [22]}

ネコ視覚皮質のGABA作動性バスケット細胞と樹状突起標的細胞では、有棘星状細胞、二重花束細胞、錐体細胞に比べて、オートタプシスが比較的豊富であることが観察されており、ニューロンの自己神経支配の程度は細胞特異的であることを示唆している。^[23]さらに、樹状突起標的細胞のオートタプシスは、バスケット細胞のオートタプシスと比較して、平均して細胞体から遠かった。

発達中のラット大脳新皮質の第V層錐体ニューロンの80％には自家受粉結合が含まれており、主頂端樹状突起よりも基底樹状突起と頂端斜樹状突起に多く存在していた。^[24]同じ細胞型のシナプス結合の樹状突起の位置は自家受粉のものと類似しており、自家受粉ネットワークとシナプスネットワークは共通の形成メカニズムを共有していることを示唆している。

1990年代には、発作性脱分極シフト型発作間欠期てんかん放電は、主に微小培養で培養されたラットの孤立性興奮性海馬ニューロンの自発活動に依存していることが示唆されました。^[25]

さらに最近では、難治性てんかん患者のヒト大脳新皮質組織において、高速スパイク（FS）ニューロンのGABA作動性出力自己遮断は、非てんかん組織およびFSニューロンが関与する他のタイプのシナプスと比較して、より強い非同期放出（AR）を示すことが示されています。^[26]この研究では、ラットモデルを使用した同様の結果も得られました。FSニューロンの活動電位振幅に加えて残留Ca2+濃度の増加が、てんかん組織のARの増加を引き起こすことが示唆されました。抗てんかん薬は、FSニューロンの自己遮断で蔓延していると思われるこのGABAのARを標的とする可能性があります。

グリア無添加のラット網膜神経節マイクロカルチャーをグリア馴化培地で処理すると、対照群と比較してニューロンあたりのオータプス数が有意に増加することが示されています。^[27]これは、グリア由来の可溶性プロテイナーゼK感受性因子がラット網膜神経節細胞でオータプス形成を誘導することを示唆しています。