NMDA受容体のヘテロオリゴメリゼーションとシナプス局在制御

深谷昌弘、渡辺雅彦

北海道大学大学院医学研究科解剖発生学分野

 

NMDA型グルタミン酸受容体 (NMDA受容体) は、中枢神経系におけるシナプス可塑性を基盤としたシナプス回路発達や記憶・学習といった高次脳機能発現において重要な役割を果たしている。この受容体は膜電位依存的な高いカルシウムイオン透過能を持つイオンチャネル型受容体であり、そのチャネル機能発現には必須サブユニットであるNR1 (GluR?1) と調節サブユニットであるNR2A-D (GluR?1-4) からなるヘテロメリック複合体形成が不可欠であることが知られている。しかし、生体内におけるNMDA受容体のシナプス局在制御において、各サブユニットがどのような役割を果たしているかは不明な点が多い。そこで本研究では、NMDA受容体のチャネル複合体形成からシナプス局在の過程における各サブユニットの役割に焦点をあて、海馬 CA1 特異的NR1欠損マウス、NR2A/2C欠損マウス、NR2Bリン酸化チロシン欠損マウスを用いて、各サブユニットの細胞発現と細胞内局在を分子組織化学的、生化学的に解析し、NMDA受容体の局在制御機構における各サブユニットの役割を検討した。

その結果、海馬 CA1 特異的NR1欠損マウスの解析から、NR1欠損錐体細胞では、NR2A, 2B サブユニットmRNAの発現量は影響を受けないが、NR2A, 2Bサブユニットともにシナプスから消失し、錐体細胞の細胞体に集積することが明らかとなった。この細胞体に集積したNR2サブユニットは、膜タンパクの翻訳装置である粗面小胞体内腔において顆粒 (intracisternal granule) として蓄積していた。これらの結果は、NR2サブユニット単独では樹状突起へ輸送されず、NR1サブユニットとの小胞膜上での複合体形成が必要であることを示している。

次に、NR2A/2C欠損マウスの解析によって、NR2サブユニットを欠損した小脳顆粒細胞ではNR1サブユニットの細胞体貯留は認められなかったが、NR1サブユニットのC末端のスプライシングカセット (C2, C2’) に関係なくシナプス発現が消失していることが明らかとなった。また、NR2サブユニット欠損下でのNR1サブユニットの各スプライシングカセット (C1, C2, C2’) の定量的な生化学的解析を行ったところ、PSD分画における減少がもっとも顕著であったが、小胞体などの内膜系にも存在することが示された。さらに、このマウスの小脳ではNR1サブユニットの翻訳量に影響は認められなかったが、NR1サブユニットの分解が亢進していることが明らかとなった。これらの結果は、NR1サブユニット単独でも樹状突起へ輸送されるが、シナプス局在にはNR2サブユニットが必要であり、シナプスへ輸送されないNR1サブユニットは速やかに分解されることを示している。

さらに、NR2Bリン酸化チロシン欠損マウスの解析から、シナプスの PSD (postsynaptic density) 内部におけるNMDA受容体の局在が、野生型で認められる中心優位型から側方に偏った平面型もしくはドーナツ型の局在になってしまうことが明らかとなった。この結果はNR2Bサブユニットのチロシンリン酸化がPSD内部でのNMDA受容体の局在を制御していることを示している。

以上の結果より、NMDA受容体にとってNR1サブユニットは小胞膜―ゴルジ装置―樹状突起の輸送段階に必須であり、NR2サブユニットはシナプスへの局在制御に必須であることが明らかとなった。さらに、NR2Bサブユニットのチロシンリン酸化を介してPSD内部での受容体の局在制御にも関与することが示唆された。このようにNMDA受容体には、異なる局在制御能を持ったサブユニットがヘテロメリック複合体を形成することで精緻にシナプスへ輸送される機構が備わっていると考えられる。