シナプス後密度

シナプス後密度（PSD ）は、シナプス後膜に付着したタンパク質密度の高い特殊構造です。PSDは、もともと電子顕微鏡によってシナプス後ニューロンの膜上の電子密度の高い領域として同定されました。PSDはシナプス前活性部位に近接しており、受容体がシナプス前神経伝達物質放出部位に近接していることを保証します。^[¹^] PSDは脳領域によってサイズと構成が異なり、グルタミン酸作動性シナプスで詳細に研究されています。シナプス後密度には、グルタミン酸受容体、足場タンパク質、および多くのシグナル伝達分子を含む数百のタンパク質が同定されています。

構造

PSDの構造と組成は、学習と記憶の細胞モデルであるシナプス可塑性の数多くの分子研究の焦点となってきた。哺乳類では、PSDはシナプスの活動状態に応じて、直径が250～500ナノメートル、厚さが25～50ナノメートル程度である。シナプス可塑性の間、単一シナプスで長期増強を誘導した後、シナプスのサイズと強度の増加とともにPSDの総サイズが増加する。 ^{[ 2 ]}

無脊椎動物では、シナプスは多結合型であることが多い^{[ 3 ]} 。これは、シナプス前要素（最も一般的な形状からTバーと呼ばれる）が1つではなく、複数のPSDを持つことを意味する。

構成

PSDに含まれる多くのタンパク質はシナプス機能の調節に関与している。これらには以下が含まれる。

シナプス後密度95（PSD95）^{[ 4 ]}
ニューロリギン（細胞接着分子）
NMDA受容体、AMPA受容体
カルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼII
アクチン

質量分析法などの技術の進歩によりタンパク質検出技術の感度が向上するにつれて、PSDに関連するタンパク質が増えてきました。現在の推定では、脳の各領域や発達段階、シナプス活動のさまざまな段階で、数百種類以上のタンパク質がPSDに存在すると考えられています。PSDには細胞接着分子やその他さまざまなシグナル伝達タンパク質も含まれています。PSDタンパク質の多くはPDZドメインを含んでいます。^{[ 4 ]}

関数

PSDはシナプス間隙に神経伝達物質受容体を集中させ、組織化する役割を担っていると考えられている。^{[ 1 ]}また、PSDはシグナル伝達装置としても機能する。例えば、PSD内のキナーゼやホスファターゼは活性化されてPSDから放出され、脊髄に存在するタンパク質の活性を変化させたり、核に輸送されてタンパク質合成に影響を与えたりする。PSDは迅速かつ非対称なシグナル伝達を可能にする特殊な細胞接合部としてモデル化されており、その特徴の一部は神経筋接合部や他の細胞接合部と類似している。

イメージング

PSD の画像化のほとんどは電子顕微鏡で行われ、サンプルは固定、染色され、プラスチックに包埋されます。^{[ 5 ]} PSD は暗い電子密度の高い領域として現れますが、モノクロの EM 画像では PSD の構成に関する情報はほとんど得られません。一方、LICONN ^{[ 6 ]}などの実験的な光学的拡張技術では、サンプルを透明なゲルに包埋し、標識に抗体を使用します。抗体を異なる色の色素と関連付けることで、個々の PSD の構成に関する情報が得られる可能性があります。

参考文献

1 2 Sweatt, JD (2008-01-01)、「4.20 - NMDA受容体」、Byrne, John H. (編)『学習と記憶：包括的参考文献』、オックスフォード：アカデミック・プレス、pp. 409–426、doi：10.1016/b978-012370509-9.00020-6、ISBN 978-0-12-370509-92020年12月23日取得
↑ Meyer, D.; Bonhoeffer T.; Scheuss V. (2014). "Balance and Stability of Synaptic Structures during Synaptic Plasticity" . Neuron . 82 (2): 430–443 . doi : 10.1016/j.neuron.2014.02.031 . PMID 24742464 .
↑ Meinertzhagen, Ian A (2016). "無脊椎動物のニューロンとシナプスの形態". Handbook of Invertebrate Neurobiology . Oxford University Press Oxford. pp. 1–80 .
1 2 Sell, Gabrielle L.; Barrow, Stephanie L.; McAllister, A. Kimberley (2020-01-01)、「第1章 - 発達中のグルタミン酸作動性シナプスの分子構成」、Rubenstein, John; Rakic, Pasko; Chen, Bin; Kwan, Kenneth Y. (編)、シナプスの発達と成熟、Academic Press、pp. 3–32、doi : 10.1016/b978-0-12-823672-7.00001-6、ISBN 978-0-12-823672-72020年12月23日取得
↑ Hayat, M. Arif (2000).走査型電子顕微鏡の原理と技術。生物学的応用（第4版）。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0-521-63287-4。
↑タヴァコリ、モジタバ R.;リュドチク、ジュリア。ヤヌシェフスキ、ミハウ。ヴィストゥヌー、ヴィタリ。アグデロ、ナタリー。フォアローファー、ヤコブ。ゾマー、クリストフ。クロイジンガー、キャロライン。オリベイラ、バーバラ。セナメリ、アルバン。ノヴァリーノ、ガイア。ジャイナ教、ヴィレン。ダンツル、ヨハン (2025)。「光学顕微鏡に基づく哺乳類の脳組織のコネクトーム再構築」。自然。642 (8067): 398–410。ビブコード: 2025Natur.642..398T。bioRxiv 10.1101/2024.03.01.582884。doi : 10.1038/s41586-025-08985-1 . PMC 12158774 . PMID 40335689 .

総合レビュー

Kennedy MB (1997年6月)「グルタミン酸作動性シナプスにおけるシナプス後密度」Trends in Neurosciences . 20 (6): 264–268 . doi : 10.1016/S0166-2236(96)01033-8 . PMID 9185308. S2CID 41855275 .
Ziff EB (1997 年 12 月) 「シナプス後密度の解明」 Neuron 19 ( 6 ): 1163–74 . doi : 10.1016/S0896-6273(00)80409-2 . PMID 9427241 . S2CID 15844943 .
Kennedy MB (2000年10月)「シナプス後密度における信号処理マシン」Science . 290 (5492): 750–4 . Bibcode : 2000Sci...290..750K . doi : 10.1126/science.290.5492.750 . PMID 11052931 .

構造と組成

Banker G、Churchill L、Cotman CW (1974年11月)。「シナプス後密度部のタンパク質」。J . Cell Biol . 63 (2 Pt 1): 456–65。doi : 10.1083 / jcb.63.2.456。PMC 2110954。PMID 4419608。
Cohen RS、Blomberg F、Berzins K、Siekevitz P (1977年7月) 「イヌ大脳皮質から分離したシナプス後密度の構造：I. 全体的な形態とタンパク質組成」 J. Cell Biol . 74 (1): 181–203 . doi : 10.1083 / jcb.74.1.181 . PMC 2109867. PMID 194906 .
Blomberg F、Cohen RS、Siekevitz P (1977年7月) 「イヌ大脳皮質から分離されたシナプス後密度の構造：II. 構造内の主要タンパク質の特性と配置」 J. Cell Biol . 74 (1): 204–25 . doi : 10.1083/jcb.74.1.204 . PMC 2109869. PMID 406264 .
Walikonis RS、Jensen ON、Mann M、Provance DW、Mercer JA、Kennedy MB (2000年6月)。「質量分析法によるシナプス後密度分画中のタンパク質の同定」 ( PDF)。J . Neurosci . 20 (11): 4069–80 . doi : 10.1523/JNEUROSCI.20-11-04069.2000 . PMC 6772646. PMID 10818142 .
Peng J, Kim MJ, Cheng D, Duong DM, Gygi SP, Sheng M (2004 年 5 月). "質量分析法によるラット前脳シナプス後密度分画の半定量的プロテオミクス解析" . J. Biol. Chem . 279 (20): 21003– 11. doi : 10.1074/jbc.M400103200 . PMID 15020595 .
Jordan BA、Fernholz BD、Boussac M、et al. (2004 年 9 月) 「新規げっ歯類シナプス後密度タンパク質の同定と検証」 . Mol. Cell. Proteomics . 3 (9): 857–71 . doi : 10.1074/mcp.M400045-MCP200 . PMID 15169875 .
Baron MK、Boeckers TM、Vaida B、et al. (2006 年 1月)。「シナプス後密度の中核をなす可能性のある構造的枠組み」。Science。311 ( 5760 ) : 531–5。Bibcode : 2006Sci ... 311..531B。doi : 10.1126 / science.11 18995。PMID 16439662。S2CID 12937216。
Collins MO、Husi H、Yu L、et al. (2006 年 4 月) 「シナプス後プロテオームの構成要素と多タンパク質複合体の分子特性解析と比較」 J. Neurochem . 97 (Suppl 1): 16–23 . doi : 10.1111/j.1471-4159.2005.03507.x . PMID 16635246. S2CID 40233817 .
Alié Alexandre; Manuel Michaël (2010年2月) 「シナプス後密度の骨格は、襟鞭毛虫類と後生動物の単細胞祖先に由来する」 BMC Evol . Biol . 10 (1): 34. Bibcode : 2010BMCEE..10...34A . doi : 10.1186/1471-2148-10-34 . PMC 2824662. PMID 20128896 .

外部リンク

シナプス後密度 - 細胞中心データベース

[:1-1] 1 2 Sweatt, JD (2008-01-01)、「4.20 - NMDA受容体」、Byrne, John H. (編)『学習と記憶：包括的参考文献』、オックスフォード：アカデミック・プレス、pp. 409–426、doi：10.1016/b978-012370509-9.00020-6、ISBN 978-0-12-370509-92020年12月23日取得

[stabilization_plasticity-2] Meyer, D.; Bonhoeffer T.; Scheuss V. (2014). "Balance and Stability of Synaptic Structures during Synaptic Plasticity" . Neuron . 82 (2): 430–443 . doi : 10.1016/j.neuron.2014.02.031 . PMID 24742464 .

[3] Meinertzhagen, Ian A (2016). "無脊椎動物のニューロンとシナプスの形態". Handbook of Invertebrate Neurobiology . Oxford University Press Oxford. pp. 1–80 .

[:0-4] 1 2 Sell, Gabrielle L.; Barrow, Stephanie L.; McAllister, A. Kimberley (2020-01-01)、「第1章 - 発達中のグルタミン酸作動性シナプスの分子構成」、Rubenstein, John; Rakic, Pasko; Chen, Bin; Kwan, Kenneth Y. (編)、シナプスの発達と成熟、Academic Press、pp. 3–32、doi : 10.1016/b978-0-12-823672-7.00001-6、ISBN 978-0-12-823672-72020年12月23日取得

[5] Hayat, M. Arif (2000).走査型電子顕微鏡の原理と技術。生物学的応用（第4版）。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0-521-63287-4。

[LICONN-6] タヴァコリ、モジタバ R.;リュドチク、ジュリア。ヤヌシェフスキ、ミハウ。ヴィストゥヌー、ヴィタリ。アグデロ、ナタリー。フォアローファー、ヤコブ。ゾマー、クリストフ。クロイジンガー、キャロライン。オリベイラ、バーバラ。セナメリ、アルバン。ノヴァリーノ、ガイア。ジャイナ教、ヴィレン。ダンツル、ヨハン (2025)。「光学顕微鏡に基づく哺乳類の脳組織のコネクトーム再構築」。自然。642 (8067): 398–410。ビブコード: 2025Natur.642..398T。bioRxiv 10.1101/2024.03.01.582884。doi : 10.1038/s41586-025-08985-1 . PMC 12158774 . PMID 40335689 .

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