ケモカインCCL2はGluA1サブユニットトラフィッキングを介して海馬ニューロンの興奮性シナプス伝達を促進する

2024-08-04 Sun
『Neurosci. Bull.』に発表された最新の研究論文『Chemokine CCL2 Promotes Excitatory Synaptic Transmission in Hippocampal Neurons via GluA1 Subunit Trafficking』において、中国科学院上海神経研究所、北京大学生命科学学院を含む複数の研究機関の研究者らは、ケモカインCCL2がGluA1サブユニットの表面発現を調節することで、海馬ニューロンの興奮性シナプス伝達を促進する方法について詳細に検討しました。
研究背景と目的ケモカイン（サイトカイン）は、免疫細胞の発達、成熟、および疾患の発生過程において重要な役割を果たすことが知られている小分子分泌タンパク質です。しかし、ケモカインは中枢神経系（CNS）においてもシナプス伝達とニューロンの興奮性を調節することができます。TNF-αは興奮性シナプスの強度維持に重要な役割を果たし、IFN-γはGABA作動性伝達を増強し、CA3錐体細胞の興奮性を高めると報告されています。以前の研究では、CCL2（単球走化性タンパク質1、MCP-1としても知られる）が海馬CA1およびCA3錐体細胞、一次体性感覚皮質L2/3錐体細胞、および歯状回顆粒細胞の興奮性シナプス伝達を増強することが示されていました。しかし、CCL2がこれらのプロセスを具体的に調節する分子メカニズムはまだ明らかではありませんでした。
研究方法研究チームは、CCL2がその受容体CCR2を介してGluA1の表面発現をどのように調節するかを探るために、一連のin vitroおよびin vivo実験方法を採用しました。具体的な実験手順は以下の通りです：
1. 動物実験すべての動物実験は、米国国立衛生研究所の動物ケア基準に従い、関連する倫理委員会の承認を得て行われました。CCR2ノックアウトマウスおよびラットの初代海馬細胞培養を使用して、CCL2のGluA1表面発現への影響を研究しました。
2. 薬物処理異なる実験で、培養されたニューロンにリコンビナントCCL2タンパク質を適用し、CCL2がGluA1の表面発現を調節する役割を調べました。神経炎症を誘導するために、リポ多糖（LPS）をマウスに腹腔内注射しました。
3. DNA構築とリアルタイム定量PCR（RT-qPCR）脊椎動物タンパク質をコードするDNA構築物を用いて細胞トランスフェクションを行い、RT-qPCRを用いて海馬組織におけるCCL2、TNFαなど複数の炎症因子の発現レベルを分析しました。
4. ライブセルイメージングと電気生理学的記録ライブセルイメージングと電気生理学的記録方法を用いて、研究チームはCCL2のGluA1表面発現とシナプス伝達へのリアルタイムの影響を調査しました。pH感受性緑色蛍光タンパク質（super ecliptic pHluorin、SEP）を含むGluA1構築物を導入し、シナプス表面でのGluA1の発現と変化を直接観察しました。
5. ウェスタンブロットと免疫細胞化学ウェスタンブロット技術を用いて海馬組織中の関連タンパク質およびそのリン酸化レベルを定量化し、免疫細胞化学法を用いてニューロン表面におけるGluA1の発現領域と発現強度を研究しました。
研究結果研究結果は、外因性CCL2の適用が培養海馬ニューロンにおいてGluA1の表面発現を顕著に増加させ、この効果がCCR2を介して媒介されることを示しました。具体的には：
1. SEP-GluA1ライブセルイメージングCCL2処理5分後、SEP-GluA1のスポット面積と蛍光強度が著しく増加しました。この効果はCCR2拮抗薬RS504393の添加によって阻害され、CCL2誘導性GluA1表面発現がCCR2に依存していることを示しています。
2. GluA1表面発現の免疫蛍光染色CCL2処理により、培養海馬ニューロンの表面GluA1の総面積と総強度が著しく増加しましたが、CCR2ノックアウトマウスではこの増加が完全に阻害されました。さらに、LPS処理後のマウス海馬組織では、GluA1の膜関連レベルおよびSer831とSer845部位のリン酸化レベルが著しく上昇し、これらの効果はCCR2ノックアウトマウスで阻害されました。
3. 電気生理学とカルシウムイメージング全細胞パッチクランプ記録により、CCL2が培養海馬ニューロンのミニ興奮性シナプス後電流（mEPSCs）の頻度を著しく増加させることが示されましたが、CCR2ノックアウトマウスではこれらの効果が阻害されました。さらに、カルシウムイメージングの結果は、CCL2処理が海馬ニューロンにおけるカルシウムトランジェントの頻度を大幅に増加させることを示し、このプロセスはGαqシグナル経路を介して媒介され、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（CaMKII）によって活性化されました。
研究結論と意義この研究は、CCL2がCCR2および下流のGαq、Ca^2+、CaMKIIシグナル経路を介してGluA1膜発現と興奮性シナプス伝達を調節するメカニズムを解明しました。この発見は、ケモカインによるシナプス伝達調節の分子メカニズムに対する理解を深めただけでなく、神経炎症関連の神経疾患の治療戦略を探索する上で新たな視点を提供しています。
研究のハイライトこの研究のハイライトは以下の通りです：
1. CCL2がCCR2とCaMKIIシグナル経路を介してGluA1表面発現を調節する分子メカニズムを正確に解析しました。
2. in vivoとin vitro実験を組み合わせた体系的な研究方法を提供し、異なるニューロン型におけるCCL2の作用を包括的に評価するのに役立ちます。
3. 神経炎症状態下でシナプス可塑性を調節する全く新しい調節経路を提案しました。
この研究で明らかになったメカニズムは、多くのニューロン型に広く適用される可能性があり、ケモカインの作用メカニズムとその神経系機能調節における役割をさらに研究するための重要な参考となります。将来の研究では、より多くのケモカインやサイトカインがシナプス伝達とニューロン興奮性の調節に果たす具体的な役割とその潜在的な臨床応用価値をさらに探究することができるでしょう。