グルタミン酸作動性ニューロンの研究に 抗VGLUT抗体（Synaptic Systems社）

グルタミン酸は哺乳動物の中枢神経系の主要な興奮性神経伝達物質であり、学習、認知、記憶などのプロセスで重要な役割を果たしています。グルタミン酸トランスポーターは最大12個の膜貫通ドメインを持つ複数回膜貫通型タンパク質で、興奮性アミノ酸トランスポーター（EAAT）と小胞グルタミン酸トランスポーター（VGLUT）の2つのサブクラスに分類できます。脳において、EAATはグリア細胞およびニューロンのグルタミン酸の再取り込みによって、シナプス間隙やシナプス外部からグルタミン酸を除去する役割を果たし、VGLUTはニューロンの細胞質からシナプス小胞にグルタミン酸を供給します。VGLUTファミリーにはVGLUT1（別名：BNPI）、VGLUT2（別名：DNIP）およびVGLUT3の3つサブタイプがあります。（表1）

表1：VGLUTファミリータンパク質

VGLUTによるグルタミン酸のシナプス小胞内への取り込みは、液胞型プロトンATPase（V-Type H⁺-ATPase）によって形成されるH⁺イオン（プロトン）勾配に依存します。すなわち小胞内へのプロトンの流入がpHの低下と膜電位の変化を引き起こし、グルタミン酸の輸送を促進します。グルタミン酸はVGLUTを介して、一価の陽イオン（主にK⁺）と共に小胞内に輸送され、逆に塩化物イオン(Cl^-)がプロトンと共に小胞外に輸送されます¹（図1）。また、シナプス小胞へのグルタミン酸取り込みは図2に示すサイクルで行われ、グルタミン酸の取り込み量は、グルタミン酸の供給量、H ⁺イオンの勾配および小胞内のCl ^-濃度に依存します。

図1：シナプス小胞へのグルタミン酸の取り込み

VGULT2、3およびより多く存在するVGLUT1はCNSの異なる領域で相補的に発現しており²、この差次的発現パターンはラット脳のmRNAレベルで明らかにされています³（図3）。

VGLUT1とVGLUT2はどちらも脳組織で発現していますが、VGLUT1は皮質領域で多く見られ、VGLUT2は皮質下領域に多く見られます²（図4）。脳組織で見られるこれら2つの主要なアイソフォームは、神経伝達物質放出の確率（probability of transmitter release）とシナプス可塑性が異なる、2つの機能的に異なるグルタミン酸作動性シナプスの亜集団で発現しています⁴（図5）。さらにVGLUT1とVGLUT2は、セロトニン（5-HT）、GABA、ドーパミン（DA）、またはアセチルコリン（ACh）といった他の主要な神経伝達物質とは共局在しません。対照的に,非定型サブタイプであるVGLUT3はVGLUT1やVGLUT2より発現量が少なく、セロトニン、アセチルコリン、GABAなどの神経伝達物質を使用するニューロンで共発現していることがあります。線条体コリン作動性介在ニューロンなど一部の神経細胞集団では、体細胞樹状突起部分にVGLUT3が多く見られます⁵。

モノアミン（VMAT1とVMAT2）やアセチルコリン（VAChT）を輸送する小胞は細胞体と神経終末の両方に見られますが、VGLUT1とVGLUT2は神経終末に限局して見られ、原形質膜、エンドソームおよび新たに形成されたシナプス小胞の間で継続的に再循環されています²（図6）。

図6：前シナプスにおけるVGLUT1およびVGLUT2の局在
パラホルムアルデヒド固定ラット海馬ニューロンの免疫蛍光染色像。
A）組換えウサギモノクローナル抗VGLUT1抗体（#135308：赤色）およびマウスモノクローナル抗MAP2抗体（#188011：緑色）を使用。
B）組換えモルモットモノクローナル抗VGLUT2抗体（#135418：赤色）およびウサギポリクローナル抗MAP2抗体（#188002：緑色）を使用。
いずれも蛍光標識二次抗体による間接法で検出した。