量子神経伝達物質の放出

神経伝達物質は、量子と呼ばれる小胞に包み込まれてシナプスに放出される。1つの量子は、1つのニューロンが別のニューロンに送ることができる最小の刺激であるミニチュア終板電位（MEPP）を生成する。 ^[1]量子放出は、ほとんどの従来の内因性神経伝達物質が体中に伝達されるメカニズムである。多くのMEPPの総和が終板電位（EPP）である。通常の終板電位は通常、シナプス後ニューロンを興奮の閾値に到達させ、活動電位を誘発する。^[1]電気シナプスは量子神経伝達物質放出を使用せず、代わりにニューロン間のギャップ結合を使用してニューロン間に電流を送る。シナプスの目的は、興奮性シナプス後電位（EPSP）または抑制性シナプス後電位（IPSP）のいずれかを生成することであり、これらはそれぞれシナプス後ニューロンの活動電位の発現を生成または抑制する。活動電位は軸索末端の神経伝達物質負荷の約20％の放出を引き起こすと推定されています。^[2]

神経伝達物質は軸索末端で合成され、小胞に蓄えられます。これらの神経伝達物質で満たされた小胞は、シナプスに放出される量子です。量子小胞は、シナプス前膜に結合し、リン脂質二重層と結合することで、その内容物をシナプスに放出します。個々の量子は、シナプスにランダムに拡散し、その後 MEPP を引き起こす可能性があります。これらの自発的な発生は完全にランダムであり、いかなる種類のシグナル伝達経路の結果でもありません。

軸索末端へのカルシウムイオンシグナル伝達は、シナプス前神経伝達物質放出の通常のシグナルです。シナプス前膜へのカルシウムイオン拡散は、シナプス後膜で IPSP または EPSP を生成するために量子を放出するよう軸索末端にシグナルを送ります。異なる神経伝達物質が放出されると、異なるシナプス後電位が発生します。軸索末端まで伝達される活動電位は、末端の膜を脱分極させ、膜のカルシウムイオンチャネルの構造変化を引き起こします。これらのカルシウムチャネルは、カルシウムイオンのみが軸索末端に入ることができる「開いた」構成を採用します。カルシウムイオンの流入により、軸索末端の内部がさらに脱分極され、軸索末端の量子にシナプス前膜に結合するようシグナルが送られます。^[1]結合すると、小胞は膜に融合し、神経伝達物質は膜から放出されて放出されます。

シナプス前膜へのカルシウムイオンシグナル伝達の正確なメカニズムは不明ですが、軸索末端へのカルシウムイオン流入が神経伝達物質の放出に関係していることは十分に立証されています。現在の研究では、神経筋接合部への神経伝達物質の放出はシナプス前膜のカルシウムイオンチャネルと受容体の階層を使用してシグナル伝達され、異なるチャネルと受容体はシナプス前膜でさまざまな程度の興奮性を示します。^[3]カルシウムチャネルの多様性は、より効率的なチャネルが最初に使用され、カルシウムイオンチャネルの異なる使用がさまざまなレベルの量子放出につながることを示唆しています。

シナプスに入ると、神経伝達物質は急速にシナプスを横切って移動し、シナプス後膜の受容体に付着します。神経伝達物質受容体はシナプス後チャネルに「開く」か「閉じる」かの信号を送り、それがイオンがシナプス膜を通過できる速度に影響します。イオンの流れの相対的な変化は、影響を受けるイオンチャネルの特性に基づいて膜を分極させます。^[1]たとえば、シナプス前膜のカリウムイオンチャネルを開くと、ニューロンから正のカリウムイオンの流れが生じます。正に帯電したカリウムイオンが失われると、ニューロンはより負に帯電します。ニューロンが互いに大量の電位信号を送信できるのは、さまざまな神経伝達物質と受容体を使用しているためです。量子放出の時間経過の推定は、シナプス前シミュレーション後の元の量子放出イベントから大まかに推定できます。^[4]このような推定はすべてのシナプスで確実に使用できるわけではありませんが、神経伝達物質の放出時間の経過全般を理解する上で有用なツールとなり得ます。

前述のように、シナプス小胞は、その神経伝達物質の内容物がシナプスに放出された後もシナプス前膜に融合したままになります。軸索末端膜への繰り返しの追加は、最終的に軸索末端の制御不能な成長をもたらし、シナプス複合体の壊滅的な破壊につながる可能性があります。軸索末端は、エンドサイトーシスによって小胞を再取り込み、その成分を再利用して新しいシナプス小胞を形成することで、この問題を補います。^[1]シナプス小胞のリサイクルをトリガーする正確なメカニズムとシグナル伝達カスケードはまだ不明です。

シナプス小胞リサイクルの 1 つの方法がすべてのシナリオに当てはまるとは考えられず、これはシナプス小胞リサイクルの複数の経路が存在することを示唆しています。複数のタンパク質がシナプス小胞の再取り込みに関連付けられ、その後、さまざまなシナプス小胞リサイクル経路に関連付けられました。クラスリン介在性エンドサイトーシス(CME) と活動依存性バルクエンドサイトーシス (ADBE) は、シナプス小胞リサイクルの 2 つの最も一般的な形態であり、ADBE はニューロン活動が活発な期間に活発になり、CME はニューロン活動が停止した後も長期間活発になります。^[5]