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2025-12-22 12:09:00
我々は、一過性および持続性のON RGCとそのシナプス前双極細胞の視覚応答特性を直接比較することにより、網膜において速度論的に異なる視覚経路がどのように確立されるかを理解しようとしました。我々の結果は、双極細胞シナプスが網膜のオン回路におけるさまざまな時間チャネルの確立に重要な役割を果たしているということを示している。さらに、アマクリン細胞媒介シナプス前抑制は、双極細胞のシナプス出力の一過性と持続性を説明していないと思われる。むしろ、双極細胞のサブタイプに特有のシナプス放出特性の違いにより、シナプス後標的への速度論的に異なる出力が生成される可能性があります。私たちの解剖学的分析は、これらの違いが少なくとも部分的にはシナプス小胞プールのサイズの違いによる可能性があることを示唆しています。
私たちは、ON-T (タイプ 5i) または ON-S RGC (タイプ 6 および 7) に主要な入力を提供する双極細胞サブタイプが、区別できない光誘発電圧応答を持っていることを発見しました (図4）。ほとんどまたはすべてのON錐体双極細胞サブタイプが、双極細胞の軸索末端とAIIアマクリン細胞の遠位突起の間の電気シナプスを介して、近くの他のON錐体双極細胞と間接的に結合していることを考えると、これはまったく驚くべきことではなかった。これらの電気シナプスは、薄暗い照明条件下で視覚を仲介する一次杆体経路の基礎を形成しますが、錐体シグナル伝達が優勢な条件下では、側方シグナルが隣接する双極細胞間を流れることもあります。デブとシンガー、2012）。実際、ここで調査した双極細胞型における光誘発反応のかなりの部分 (~30 ～ 50%) は、明所視の光レベルで電気シナプスを介して到着する側方信号に起因すると考えられます (クオら、2016）。各 AII アマクリン細胞は、複数の ON 錐体双極性サブタイプおよび他の AII アマクリン細胞 (マーク他、2014; Tsukamoto and Omi, 2017; ヴェルキとハートベイト、2002b; ヴェルキとハートヴェイト、2002a）。異なる ON 錐体双極細胞サブタイプも、ギャップ結合を介して互いに直接結合している可能性があります (シグリンスキーほか、2020; Tsukamoto and Omi, 2017）。
我々の電気生理学的およびグルタミン酸イメージングの結果は、双極細胞シナプス終末におけるアマクリン細胞媒介阻害は、ON-T RGC樹状突起上への一過性グルタミン酸放出動態の生成には必要ではないことを示している。これは、タイプ特異的な双極細胞のグルタミン酸放出ダイナミクスの確立におけるサラウンド阻害の重要な役割を示した以前の研究とは一見矛盾しているようです（フランクほか、2017）。ただし、ここでの分析は、シナプス前抑制がON-T RGCへの興奮性入力の動態を形成するかどうかのみに焦点を当てていたことに注意してください。私たちの解剖学的および薬理学的実験は、シナプス前抑制が、ON-T RGC における持続的な双極細胞電圧応答から一時的な興奮性シナプス電流への変換において重要な要素ではないことを主張しています。網膜回路内にはこれらの薬剤が作用する上流のシナプス前およびシナプス後標的が複数存在するため、浴に適用されたアンタゴニストの RGC 応答に対する効果を解釈するのは難しい場合があります。抑制性受容体の薬理学的ブロック (図5) 錐体双極細胞の応答を変化させるだけでなく、アマクリン細胞間の抑制ネットワークや NBQX の適用も変化させます (図7) は、ほとんどのアマクリン セルに加えて、水平セル機能とオフのバイポーラ セル回路に影響を与えます。これらの制限にもかかわらず、我々の結果は、ON-T RGCへの一過性興奮性入力の生成における阻害の限定的な役割を裏付けています。これは、アマクリン細胞媒介阻害が双極細胞機能の他の側面に対するサブタイプ特異的な応答特性の生成に役割を果たしていないということではありません。実際、阻害は、私たちが研究したRGCタイプへの興奮性入力の差次的空間調整を確立する上で重要な役割を果たしています。 ON-T RGC の興奮性シナプス電流は ON-S RGC よりも強いサラウンド抑制を示し、このサラウンド抑制は GABA 受容体アンタゴニストの浴適用によって減少します (図 5 – 図補足 1C)。興味深いことに、最近の研究により、同じ軸索末端内の隣接する 6 型双極細胞出力シナプスにおけるシナプス後標的特異的サラウンド阻害が明らかになりました (スウィガートら、2024）。 6型双極細胞の標的特異的シナプス前抑制がON-T RGCとON-S RGCの間の差次的サラウンド抑制にも寄与しているのか、それとも主に双極細胞タイプ間の違い（例：5i/5t/XBC対6/7型）によるものなのかはまだ解明されていない。
我々は、ON-TおよびON-S RGCへの一時的な興奮性入力と持続的な興奮性入力は、シナプス放出特性における双極細胞のサブタイプ特異的な違いから生じる可能性が最も高いと結論付けています。 ON-T RGC への興奮性入力は、ON-S RGC への入力よりも強いペアフラッシュ抑制を示しました (図8）、これは、異なる RGC タイプのシナプス前にある双極細胞軸索末端における異なる小胞サイクリングのダイナミクスを示しています。私たちの超微細構造分析は、双極性のサブタイプに依存したリボン サイズの違いが、一過性グルタミン酸放出速度と持続性グルタミン酸放出速度を確立する要因である可能性があることを示唆しています (図9）。ただし、7 型双極細胞 (ON-S RGC への興奮性入力の約 45%) は小さなシナプスリボンを持っていますが、7 型双極細胞軸索終末の iGluSnFR イメージングでは、これらの細胞が持続的なグルタミン酸放出を示すことが判明したことに注意することが重要です (スリバスタヴァ他、2022）。
伝達物質放出のダイナミクスは、小胞の枯渇と、強い刺激後の放出可能な小胞プールの再充填に必要な時間によっても影響されます。特に、持続的な送信機放出速度は、持続的な再充填速度と等しくなければなりません。強い活性化後のコーン出力シナプスでの再充填を直接測定したところ、時定数が 1 秒近くと非常に遅いことがわかりました (グラブナー他、2016; ジャックマン他、2009; ラブルら、2006）。これは、ここで観察されるペアフラッシュうつ病からの回復を説明するには遅すぎます。この違いにはいくつかの要因が考えられます。第一に、シナプス後受容体の飽和はペアパルス抑制に寄与する可能性があり、そのような抑制からはシナプス前解放の回復よりも早く回復することができます（グラブナー他、2016）。第二に、RGC シナプス入力で測定したペアフラッシュ抑制は、双極性電圧応答にはほとんど存在しません。これは、錐体双極出力シナプスにおける履歴依存性が支配的であり、小胞プールの再充填が錐体シナプスよりも双極シナプスでより迅速に進行する可能性があることを示唆しています。
ここでは直接調査しなかったメカニズムも、一過性反応と持続的反応の違いに寄与している可能性があります。たとえば、シナプス前静止電位は、定常状態の小胞放出、したがって刺激誘発放出ダイナミクスに強い影響を与えます。双極細胞が放出閾値に近い電圧で静止しているときに発生するエキソサイトーシスは、容易に放出可能な小胞の枯渇を引き起こし、さらなる光誘起脱分極時に生じる放出量を制限する可能性があります(グライムス他、2014; ジャースキーら、2011; オーシュとダイアモンド、2011）。したがって、放出の初期段階成分は脱分極静止電位によって減少する可能性がありますが、過分極電位は放出可能プール内の小胞の占有量の増加を促進し、応答の一時性を高める可能性があります。 Ca2+チャネルの発現/調節の違いによる放出閾値の双極性サブタイプ依存性の違い（パングシッチら、2018) および/または Ca2+ チャネル活性と小胞放出の間の共役 (ブロン他、2002; ブローネとラグナド、2000; ゴーシュら、2004）リリースのダイナミクスにも影響を与える可能性があります。ここで研究した2つのRGCタイプにおける興奮性シナプス電流のいくつかの側面は、ON-T RGCへの双極細胞入力がON-S RGCと比較してグルタミン酸放出の閾値が高いという状況と一致しています。 ON-T RGC は、ON-S RGC よりも自発的な興奮性シナプス入力を受け取りません (クオら、2016）、刺激誘発 EPSC は、ON-S RGC と比較して、ON-T RGC では遅く、まばらで、より大きな振幅のイベントに偏っています（図2、図 1—図補足 1B)。これが軸索末端静止電位および/または他のシナプス前因子の違いによるものであるかどうかを判断するには、さらなる調査が必要です。 5i型、6型、および7型双極細胞間の静止膜電位におけるサブタイプ特異的な違いの証拠は見つかりませんでしたが、私たちの体電位記録では、双極細胞の軸索終末における小さな電位差を解決する能力が限られている可能性があります。シナプス前放出機構の分子差が双極性サブタイプ特異的なグルタミン酸放出ダイナミクスにどの程度寄与しているかを判断するには、さらなる研究も必要です（トレソンとゼニセク、2024 年）。
私たちの結果は、一時的なRGCスパイク出力と持続的なRGCスパイク出力の確立におけるシナプス後機構の追加の役割を排除するものではありません。たとえば、RGC 樹状突起へのアマクリン細胞媒介抑制性シナプス入力の遅延は、スパイク応答を切り詰める可能性があります (ニーレンバーグとマイスター、1997）。 ON-S RGC と ON-T RGC の間で、光誘発性の興奮/抑制の振幅比に有意な差は観察されませんでした (図 2 – 図補足 2E)。しかし、我々のデータは、一過性応答の生成におけるシナプス後抑制の役割を排除するものではありません。電位依存性 Na+ チャネル特性および/または発現パターンにおける RGC サブタイプ特異的な違いなどの RGC 細胞固有のメカニズムも、異なる応答動態に寄与する可能性があります (ブロンバスら、2022; チャン他、2023; ウェルギンツら、2020）。シナプス前因子とシナプス後因子の組み合わせが最終的に協調して作用し、一時的な RGC スパイク出力と持続的な RGC スパイク出力を生成する可能性があります (ワーウィックほか、2018; ウェルギンツら、2020）、我々の結果は、視覚入力を網膜のON経路の速度論的に異なるチャネルに分離する際の双極細胞シナプスの基本的な役割を確立しました。
#錐体双極細胞シナプスはマウス網膜の #経路と並行して一時的信号と持続的信号を生成する