入力線維が分泌するC1q/TNF ファミリー分子は、シナプス前部のneurexin 受容体と、シナプス後部のグルタミン酸受容体とを機能的につなぐ"橋"として機能し、シナプス形成とシナプス機能を制御することで、シナプスの個性化を作り上げる。この分子基盤を明らかにすることが本研究の目的である。
シナプス後部のグルタミン酸受容体は、全長の3分の1をも占める細胞外領域（ATD）を持ち、補体経路タンパク質C1qや、腫瘍壊死因子TNFalphaなどが属する、分泌性因子C1q/TNFファミリーなどの細胞外分泌性因子と相互作用することを見出してた。このことからグルタミン酸受容体ATD領域が、シナプス間隙を越えて、シナプス前部との相互作用に関わる新たな機能領域である可能性を探った。グルタミン酸受容体であるカイニン酸受容体サブユニットGluK2 GluK4およびAMPA型グルタミン酸受容体GluA1サブユニットは、分泌性因子C1ql2 C1ql3と結合し、またC1ql2 C1ql3は同時にシナプス前部のneurexinとも結合する。ここからシナプスを挟んで3者複合体形成される可能性を検討した。GluK4およびGluA1はC1ql2 C1ql3を介してneurexin3 S5スプライシングサイトにコードされる領域と複合体を形成するが、GluK2はしないことが判明した。
次にこれらグルタミン酸受容体サブユニットそのものが、シナプス分化に関与しうるかを検討した。GluK4 GluA1にはシナプス形成能は見出されなかったが、GluK2のATD領域にシナプス前部を分化させる機能があること、またこの機能にはC1qlは介さないこと、グルタミン酸作動性シナプスに特異的であることを見出した。
Several C1q/TNFa family members which are expressed in the central nervous system and released from presynaptic site are considered plays a crucial role in the formation and function of parallel fiber–Purkinje cell synapses. This is achieved by formation of a trans-synaptic tripartite complex which is composed of C1q/TNFa family members, presynaptic neurexin (NRX) and postsynaptic glutamate receptor through Amino terminal domain (ATD) region. These findings highlight a novel function of ATD region in communication with presynaptic neurons across synaptic cleft.
I examined the possibility whether kainate receptor of glutamate receptor subunit, GluK2 and GluK4 and AMPA receptor subunit GluA1 are associated with presynaptic neurexin3 containing splicing site 5 via C1ql2 and C1ql3 binding. GluK4 and GluA1 but not GluK2 form this tripartite complex.
Next I examined whether these tripartite complex or glutamate receptor subunit itself has synaptogenic activity resulting in presynaptic differentiation. ATD region of GluK2 but not Gluk4 or GluA1 have been shown to possess synaptogenic activity independent on C1ql binding.