ABHD6はAMPA受容体のエンドサイトーシスを駆動してシナプス可塑性と学習の柔軟性を調節する
ABHD6がシナプス可塑性と学習柔軟性を調節するためにAMPA受容体のエンドサイトーシスを駆動
研究背景
科学的に神経系のメカニズムを探索する過程において、α-アミノ-3-ヒドロキシ-5-メチル-4-イソオキサゾールプロピオン酸（AMPA）受容体（AMPAR）は、AMPAR相互作用タンパク質の調節によって、神経細胞が静止状態または活性状態において同調能力を維持することを可能にしている。AMPA受容体のエンドサイトーシスは小胞介在型のエンドサイトーシスに依存しており、これは長期抑制（LTD）と恒常性ダウンスケーリングの細胞基盤である。このプロセスは、PICK1、AP2、BRAG2などの多数のAMPAR相互作用タンパク質によって調節されている。これらのタンパク質は、AMPARエンドサイトーシスの核心終止メカニズムの募集や、クラスリン被覆小窩の形成に影響を及ぼす可能性がある。
研究問題
過去の研究で、α/β-ヒドロラーゼドメイン含有6（ABHD6）が内因性カンナビノイド（ECB）加水分解酵素として、異なる組織でモノアシルグリセロール（MAG）脂質を加水分解し、脳内でECBシグナルシステムを調節し、2-アラキドノイルグリセロール（2-AG）レベルを制御してCB1およびCB2受容体の活性を調整していることが明らかになっている。しかし、ABHD6がAMPAR複合体の補助的役割として、表面AMPAR輸送を負に調節する作用を示し、特に内質網でAMPARの四量体化を防止する。ABHD6はシナプス後部にも存在するが、シナプス後部でのAMPARとの相互作用およびAMPAR輸送における生理的意義は未だ不明である。
論文出所
《ABHD6 drives endocytosis of AMPA receptors to regulate synaptic plasticity and learning flexibility》という論文は、孟平成、楊磊、蘇峰、劉瑩、趙鑫芸らによって執筆され、北京首都医科大学、北京大学、南京大学、中国科学院心理研究所などの著名な研究機関から提供された。この論文は2023年12月28日の《Progress in Neurobiology》誌に掲載された。
研究フロー
a) 研究作業フロー
- マウスモデルの確立: 研究チームはCRISPR/Cas9技術を用いてABHD6ノックアウト（ABHD6KO）マウスモデルを構築した。
- 遺伝子型判定と基本表現型観察: 定量逆転写PCRとウエスタンブロット法でマウス海馬におけるABHD6の完全欠失を検証し、出生率と体重を評価した。
- シナプスおよびタンパク質成分の分析: 海馬の全体、シナプス体およびシナプス後密度（PSD）の分数を純化し、タンパク質分析を行い、ABHD6の存在およびそのノックアウトが主要なシナプスタンパク質構成およびシナプス超微細構造に影響を与えないことを確認した。
- シナプス伝達とシナプス可塑性の記録: ABHD6KOと野生型（WT）のマウスの海馬浅足間道（SC）パスで全細胞膜クランプ技術を用いて、AMPA/NMDA比率および他のシナプス伝達と可塑性実験を行った。
- AMPARエンドサイトーシス実験: 定量免疫染色法と膜タンパク質ビオチン化測定法を用いて表面AMPARのレベルを評価し、ABHD6がAMPAR表面発現とエンドサイトーシスに与える影響を研究した。
- 学習および記憶行動試験: 孔洞実験、モリス水迷路、および恐怖条件付け実験などの様々な行動試験によって、ABHD6KOマウスの学習および記憶におけるパフォーマンスを分析した。
b) 研究結果の詳細
- 増加したAMPAR媒介の基本シナプス応答およびシナプス後AMPARの表面発現: ABHD6ノックアウトが海馬ニューロンのAMPAR媒介のシナプス伝達を著しく増加させることが発見された。
- 海馬LTDの欠陥: 低周波刺激（LFS）によって誘導されたLTDがABHD6KOマウスにおいて著しく低下し、阻害膜電流（DHPG）によって誘導されたmGluR5依存のLTDには変化が見られなかった。
- 恒常性シナプスダウンスケーリングの欠陥: 高活性誘導の恒常性シナプスダウンスケーリングにおいて、ABHD6KOマウスはWTマウスのようにminiEPSCsの振幅を減少させることができず、ABHD6がこの過程で重要な役割を果たしていることを示す。
- 活動依存のAMPARエンドサイトーシスの阻害: NMDAによって誘導されるAMPARエンドサイトーシス実験を利用すると、ABHD6KOマウスのAMPARエンドサイトーシスが著しく減少しており、同時に化学誘導のLTP実験には明らかな変化が見られず、ABHD6がAMPARエンドサイトーシスにおいて、加水分解酵素活性とは独立して重要な役割を果たしていることが示唆される。
c) 研究結論と価値
結論: ABHD6はAMPARエンドサイトーシスの重要な調節因子であり、LTDおよびシナプスダウンスケーリングを調節することを通じて、シナプス可塑性および学習柔軟性において重要な役割を果たす。そのAMPARエンドサイトーシスの調節機能は、その加水分解酵素活性とは独立している。
科学的価値: 本研究は、神経細胞におけるABHD6の新しい役割を明らかにし、AMPA受容体の調節機構を理解するための新しい視点を提供した。 応用価値: 本研究は、神経変性疾患の治療に新たな潜在的な標的を提供した。
d) 研究ハイライト
- 新たな調節因子の発見: ABHD6がAMPARエンドサイトーシスおよびシナプス可塑性において重要な役割を果たしていることを明らかにした。
- 酵素活性とは独立した機能: ABHD6のAMPARエンドサイトーシスに対する調整作用は、その加水分解酵素活性とは独立しており、ABHD6の機能研究に新しい視点を提供する。
- 学習柔軟性に対する顕著な影響: ABHD6KOマウスが学習柔軟性において欠陥を示し、認知機能におけるその重要性を強調している。
e) その他の価値のある情報
本研究はまた、ABHD6がAMPARエンドサイトーシスの調節において、AMPARサブユニットのC末端ドメインとの直接相互作用を介して、他のエンドサイトーシス調節タンパク質との相互作用を妨害または促進する可能性があることを示している。これにより、神経活動におけるABHD6のメカニズムをさらに研究するための重要な基盤が提供される。