小脳シナプス可塑性における骨形成タンパク質シグナル伝達の調節的役割

骨形成の調節因子である骨形態形成タンパク質（BMP）は、さまざまな組織や臓器の胚形成と形態形成に関係しています。BMPシグナル伝達は、適切なシナプス接続の形成と脳内の正常な神経回路の発達に役割を果たします。ただし、シナプス可塑性を含む出生後の神経機能におけるBMPシグナル伝達の生理学的役割は、ほとんど不明のままです。小脳の並列繊維（PF） - プルキンエ細胞（PC）シナプスでのシナプス伝達の長期うつ病（LTD）は、小脳関数の根底にある1つの神経メカニズムが示唆されています。ここでは、Mouse Cerebellar Ltdの誘導へのBMPシグナル伝達の寄与を調査しました。最初に、BMP2および/または4が小脳皮質の成熟したネットワークのGABA作動性ニューロンで発現することを実証しました。BMP受容体タイプ1B（BMPR1B）をコードするmRNAは、PC層で発現しました。BMPリガンド阻害剤であるNogginの外因性塗布は、接続詞刺激によるCerebellar Ltdの誘導を抑制しました。さらに、BMPR1Bが不足しているマウスは、LTD誘導の程度の減衰を示しましたが、PF-PCシナプスで通常の興奮性シナプス伝達を示しました。これらの結果は、出生後の発達後、PC層で発現するBMPR1bによって活性化されたBMPシグナル伝達が、小脳Ltdの促進に重要な役割を果たし、小脳機能と行動の変調につながることを示唆しています。

Bone morphogenetic proteins (BMPs), regulators of bone formation, have been implicated in embryogenesis and morphogenesis of various tissues and organs. BMP signaling plays a role in the formation of appropriate synaptic connections and development of normal neural circuits in the brain. However, physiological roles of BMP signaling in postnatal neural functions, including synaptic plasticity, remain largely unknown. Long-term depression (LTD) of synaptic transmission at parallel fiber (PF)-Purkinje cell (PC) synapses in the cerebellum has been suggested one neuronal mechanism underlying cerebellar functions. Here, we explored the contribution of BMP signaling to the induction of mouse cerebellar LTD. We first demonstrated that BMP2 and/or 4 were expressed in GABAergic neurons in mature networks of the cerebellar cortex. mRNA encoding BMP receptor type 1B (Bmpr1b) was expressed in the PC layer. Exogenous application of noggin, a BMP ligand inhibitor, suppressed the induction of cerebellar LTD by conjunctive stimulation, which caused normal LTD under control condition. Furthermore, mice deficient in BMPR1B exhibited attenuation of the extent of LTD induction, whereas they showed normal excitatory synaptic transmission at PF-PC synapses. These results suggest that after postnatal development, BMP signaling activated by BMPR1B, expressed in the PC layer, plays a crucial role in the facilitation of cerebellar LTD, leading to the modulation of cerebellar functions and behaviors.