シナプス抑制

VII γ-アミノ酪酸およびグリシン受容体チャネル

中枢神経系（CNS）におけるシナプス抑制は主にGABAAおよびグリシン受容体が介在している。 これらのリガンド依存性受容体チャネルは陰イオン（主に生理的条件下ではCl-）に対して選択的な透過性を有している。 GABA依存性Cl-チャネルは、Gタンパク質共役型GABAB受容体と区別するためにGABAA受容体と呼ばれています（Padgett and Slesinger, 2010）。 GABAAとグリシン受容体はCys-loop受容体ファミリーのメンバーです。 2098>

事実上すべてのCNSニューロンにはGABAA受容体が存在しますが、グリシン受容体の解剖学的分布は一般に脳幹と脊髄に限定されています。 GABAA受容体は中枢神経細胞の近位樹状突起に局在することが多いですが、軸索初期セグメントや遠位樹状突起にも発現しています。 多くのニューロンにおけるCl-平衡電位は静止電位よりも負であるため、GABAAまたはグリシンチャネルの開口は細胞膜電位を過分極させ、興奮性を低下させます。 膜電位の過分極に加え、これらのチャネルが大量に開口することにより、膜電気抵抗が低下する。 このように、樹状突起近位部にあるGABAAチャネルは、より遠位の樹状突起枝にある興奮性シナプスから樹状突起を伝わる興奮を効果的に「シャント」しているのである。 特に発達初期の神経細胞では、Cl-平衡が静止電位よりも正になり、GABAAやグリシン応答が脱分極する。 軸索で起こる脱分極性GABAA応答は、興奮性と神経伝達物質放出を増加させる可能性がある。 最後に、脊髄と脳幹のいくつかの抑制性シナプスはGABAAとグリシン受容体の両方を含んでいます。 これらの部位における単一放出事象の解析から、単一のシナプス小胞がGABAとグリシンの両方を含み、シナプス後部位の亜集団が両方の受容体タイプを含むことが示されています（Jonasら、1998年）。 他のリガンド依存性神経伝達物質受容体と同様に、分子生物学的研究により、グリシンおよびGABAA受容体と相互作用するアンカーおよび制御タンパク質、例えばゲフィリン (Fritschy et al., 2008) およびGABA receptor-associated protein (GABARAP; Mohrluder et al., 2009)が明らかになっています。 ゲフィリンは、グリシン受容体と直接相互作用する細胞質タンパク質として同定された。 ゲフィリンはチューブリンやアクチン結合タンパク質であるプロフィリンとも相互作用し、グリシン受容体と細胞骨格の橋渡しをする役割を担っている。 ゲフィリンはまた、シナプス後部のGABAA受容体と共局在しているが、グリシン受容体とは異なり、GABAA受容体に結合することは示されていない。 GABARAPは多くのGABAA受容体サブタイプと相互作用し、またゲフィリンやチューブリンとも結合する。 これらの細胞質因子との相互作用は、GABAAとグリシン受容体の局在と輸送を変化させ、局所的なシグナル伝達のゾーンを作り出すと考えられる。

単一のGABAAとグリシンチャネルの挙動は、チャネル開口に必要な2分子の作動物質の結合によるnAChRのそれと同様の速度論方式によって記述できる (Macdonald and Twyman, 1992)。 シングルGABAAチャネルの開閉を解析すると、チャネルは1分子のGABAA分子の結合で短時間開口し、2重の配位でより長寿命の2つの開口状態になることが示唆されている。 一重および二重配位受容体の総開放時間を比較すると、両方の作動薬部位が占有されることにより、より多くのチャネルが開放されることが示されます。 チャネルはアゴニストが受容体から解離する前に閉じられ、より長寿命の開口状態に再び入るかもしれません。 これらのいわゆるバーストは一連の開口状態を中断する短い閉口から構成され、数十ミリ秒持続することがあります。 GABAA チャネルが脱感作されると、長い閉じた状態になり、バーストと一緒に数百ミリ秒のクラスターにまとめられる。 これらのクラスターは、いくつかのシナプスにおける抑制性シナプス後電位の持続時間を決定する上で重要である（Jones and Westbrook, 1996）。

GABAAおよびグリシンチャネルに作用する薬剤は、臨床的に重要な化合物を魅力的に豊富に揃えている（Olsen et al, 1991）。 これらのチャネルはCNSにおけるシナプス抑制の根幹をなしているため、その活性の増強または減少は、健忘（GABAA活性の増加）または発作（GABAA活性の減少）などの脳機能の深い変化をもたらす可能性がある。 これらの受容体の拮抗薬としては、グリシン受容体を阻害するストリキニーネ、GABAA受容体を阻害するビククリン、両方の受容体を阻害するピクロトキシンなどがあります。 GABAA受容体は、ベンゾジアゼピン系やバルビツール酸系などの鎮静・催眠剤の標的にもなっている。 ベンゾジアゼピン系（BDZ）はチャネル開口確率を増加させ、バルビツール酸系は長いチャネル開口（バースト）を延長することによって作用すると考えられています。 ベンゾジアゼピン系のGABAA受容体の薬理作用は、チャネル開口率を高める（BDZアゴニスト）、チャネル開口率を下げる（BDZインバースアゴニスト）、BDZアゴニストの効果を阻害する（BDZアンタゴニスト）ことができ、特に興味深いものである。 GABAA受容体の活性は、アルコール、イソフルランなどの揮発性麻酔薬、いくつかのステロイド麻酔薬（または内因性の同等物、神経ステロイド）でも調節される。

ベンゾジアゼピンおよびストリクチニンを選択的リガンドとして用い、GABAAおよびグリシン受容体が、それぞれ分子量約50～60kDaの多量体の蛋白複合体として精製された。 可溶化した受容体複合体の分子量は約250kDaであり、AChRと同様に5つのサブユニットが受容体を構成していることが示唆された。 その後、分子クローニングにより、両受容体の一連の受容体サブユニットが同定された。 グリシンサブユニットには4つのクローニングされたストリキニン結合サブユニット（α）と1つのβサブユニットがあり、成熟動物からの受容体の化学量論は（α）2（β）3であった。 興味深いことに、グリシン受容体の未熟型はαサブユニットのみを含んでいる。 ゲフィリンはβサブユニットに結合するので、ゲフィリンとグリシン受容体の相互作用は成熟型に限定される。 19種類のGABAAサブユニットが同定され、配列の類似性によりグループ分けされている。 これらには、6つのα、3つのγ、3つのρサブユニット、単一のδ、ɛ、π、Θサブタイプが含まれる（Wisden and Seeburg, 1992; Olsen and Sieghart, 2009）。 異種システムにおいて、単一のGABAAまたはグリシン受容体サブユニットを発現させると、機能的なホモマー受容体が得られることがある。 しかしながら、多くのGABAAおよびグリシン受容体サブユニットの幅広い共発現パターンとネイティブ受容体の機能的不均一性を考慮すると、ホモマー受容体はおそらくほとんど発生しないでしょう。 GABAA受容体サブユニットの数が多いため、どの組み合わせが神経細胞で機能的な受容体を形成するかを決定することは困難な課題となっています。 GABAAおよびグリシン受容体サブユニットの発現もまた、発生過程や神経細胞の種類によって変化します。 薬理学、発現、生化学および細胞内局在性に基づいて、少なくとも26種類のネイティブGABAA受容体がCNSニューロンにおいて同定されています（Olsen and Sieghart, 2009）。

サブユニット組成は、GABAAおよびグリシン受容体の生物物理および薬理特性に強い影響を与えることがあります。 GABAおよびベンゾジアゼピン結合部位はそれぞれ、αサブユニットとβまたはγサブユニット（通常はγ2）の間の界面に存在する。 γ2サブユニットは中枢神経系で広く高発現しており、遺伝子欠損により脳内のBDZ結合部位が大きく減少する。 興味深いことに、α6 サブユニットは BDZ のアゴニストに対する親和性は低いものの、BDZ のインバースアゴニストあるいはアンタゴニストと結合できることから、一部のニューロンではベンゾジアゼピン非感受性 GABAA 受容体が存在する可能性が示唆されています。 GABAA受容体ρサブユニットからなるホモマー受容体は、ビクスクリン非感受性、ピクロトキシンによる弱い拮抗作用、BDZ、バルビツール酸、神経ステロイドに非感受性であることが知られています。 また、これらのチャネルは他のGABAA受容体とは異なるゲーティング特性やコンダクタンスを示しています。 当初はGABAC受容体と呼ばれていました。 しかし、配列の類似性と構造の提案から、現在ではGABAA受容体のサブタイプとして考えられています。 3つのρ1サブユニット（ρ1、ρ2、ρ3）はCNS全体に発現していますが、網膜のいくつかの細胞型に優位に発現しています

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