シナプス伝達効率が変化する現象はシナプス可塑性と呼ばれ、記憶・学習の基礎課程である。小脳プルキンエ細胞上の GluD2 受容体は、シナプス間隙に分泌された Cbln1とともに、GluD2-Cbln1-Neurexin ３者複合体を形成し、プルキンエ細胞―平行線維シナプス形成とシナプス可塑性である長期抑圧（LTD）をも制御し、視機性眼球運動 (OKR)の適応などの運動学習を成立させる。
この複合体形成を外的に強化し、シナプス形成、可塑性、および運動学習における活動依存性の意義を明らかとするのが本研究の目的である。
我々はこの 3 者複合体形成を制御するツールとして、GluD2 の細胞外のアミノ末端(ATD)領域と Cbln1 の結合を強化する Nanobody を得ることができた。
培養プルキンエ細胞において GluD2 の細胞外のアミノ末端(ATD)領域と Cbln1 の結合を強化するNanobody処理によってシナプス形成増強されるが、無処理群では平行線維シナプスはプルキンエ細胞樹状突起遠位部で形成されるのに対し、Nanobody処理群では近位部あるいは細胞体上に異所的にシナプスが形成された。これはこれまでGluD2受容体は内膜輸送で輸送され、シナプス直下でエクソサイトーシスされ、シナプスに局在すると考えられてきたが、その大部分は細胞体ですでにエクソサイトーシスされ、側方拡散によって最終目的地まで移動する、その過程でCbln1および平行線維末端のNeurexinとの結合が強まると、そこで移動が止まり、シナプスを形成するという新しいシナプス形成機序を見出す結果を得ることができた。
さらに、この異所的なGluD2は通常起こりえない細胞体での棘突起形成を誘導することを見出しており、これはシナプス形成そのものがシナプス後部での形態変化を含む分化を誘導していることを示唆している。
また、異所的にシナプスが形成させるこのNanobodyを成熟マウスに投与しても、歩行障害は見られない結果も得ている。
Synaptic plasticity is the fundamental process involving memory formation and leaning. GluD2 receptor is predominantly expressed in cerebellar Purkinje cells and plays crucial roles in motor coordination and motor learning through binding to Cbln1 at its most-N-terminal domain (NTD) and D-Ser at ligand binding domain.
Recently we have established a nanobody which bind to GluD2-NTD and increase the affinity for Cbln1. Cultured Purkinje cells treated with this nanobody showed ectopic localization of GluD2 in soma or proximap dendrites, where ectopid spines are also emerged though control Purkinje cells have GluD2 at most dustal dendrites. These results indicate GlUD2 are exocytosed in soma and laterally transported to their final destination, distal dendrites. During transportation, when Cbln1 bind and catch GluD2 together with presynaptic neurexin receptors, GluD2 are stopped and synapase are formed.
This ectopic GlUD2 are also observed in matured mouse in which nanobody is injected, but ataxic phenotype was not occurred.