ギニアピグおよびヒト腸膜細胞からのセロトニンのユニークな放出速度の識別

体内のセロトニン（5-HT）の主要な供給源は、胃腸管の腸粘膜に並ぶ腸染色体（EC）細胞です。EC細胞は全身5-HTの約95％を合成し、この5-HTが重要なパラクリンと内分泌の役割を持っているという事実にもかかわらず、単一の初代EC細胞からの5-HT放出のメカニズムを調査した研究はありません。電気生理学、電気化学、CA（2+）イメージング、免疫細胞化学、3Dモデリングを使用した単一EC細胞機能の分析を可能にする、モルモとヒトEC細胞の迅速な原発培養を開発しました。Ca（2+）は、刺激時にEC細胞に入り、L型Ca（2+）チャネルを介して量子5-HT放出をトリガーします。リアルタイムのアンペア測定技術により、EC細胞は安静時に5-HTを放出し、この放出が刺激とともに増加することが明らかになります。驚くべきことに、大きな密なコア小胞（LDCV）に5-HTを貯蔵する内分泌細胞の場合、EC細胞は、エンドクリンクロマフィン細胞の同様のサイズのLDCVから放出されるカテコールアミンの70倍の5-HTを融合イベントに70倍少なくし、小胞放出動態は代わりにそれに似ています。哺乳類のシナプスで観察されます。さらに、胃腸管に沿ったEC細胞密度を測定して、組織全体の環境における単一細胞5-HT放出の生理学的関連性を理解するために必要な最小数の変数を使用して、5-HT拡散の3次元（3D）シミュレーションを作成します。。これらのモデルは、局所5-HTレベルが粘膜5-HT受容体の活性化閾値を中心に維持される可能性が高く、これが胃腸管内の刺激と位置に依存していることを示しています。これは、一次EC細胞での単一細胞5-HT放出を実証する最初の研究です。5-HT放出のモードは、内分泌細胞間のエキソサイトーシスのユニークなモードを表している可能性があり、胃腸の感覚と運動機能に機能的に関連しています。

The major source of serotonin (5-HT) in the body is the enterochromaffin (EC) cells lining the intestinal mucosa of the gastrointestinal tract. Despite the fact that EC cells synthesise ∼95% of total body 5-HT, and that this 5-HT has important paracrine and endocrine roles, no studies have investigated the mechanisms of 5-HT release from single primary EC cells. We have developed a rapid primary culture of guinea-pig and human EC cells, allowing analysis of single EC cell function using electrophysiology, electrochemistry, Ca(2+) imaging, immunocytochemistry and 3D modelling. Ca(2+) enters EC cells upon stimulation and triggers quantal 5-HT release via L-type Ca(2+) channels. Real time amperometric techniques reveal that EC cells release 5-HT at rest and this release increases upon stimulation. Surprisingly for an endocrine cell storing 5-HT in large dense core vesicles (LDCVs), EC cells release 70 times less 5-HT per fusion event than catecholamine released from similarly sized LDCVs in endocrine chromaffin cells, and the vesicle release kinetics instead resembles that observed in mammalian synapses. Furthermore, we measured EC cell density along the gastrointestinal tract to create three-dimensional (3D) simulations of 5-HT diffusion using the minimal number of variables required to understand the physiological relevance of single cell 5-HT release in the whole-tissue milieu. These models indicate that local 5-HT levels are likely to be maintained around the activation threshold for mucosal 5-HT receptors and that this is dependent upon stimulation and location within the gastrointestinal tract. This is the first study demonstrating single cell 5-HT release in primary EC cells. The mode of 5-HT release may represent a unique mode of exocytosis amongst endocrine cells and is functionally relevant to gastrointestinal sensory and motor function.