シナプス末端におけるエキソサイトーシス速度のカルシウム依存性

急速なカルシウム依存性エキソサイトーシスは、神経伝達物質の神経伝達物質放出の根底にあります。このプロセスの根本的な重要性にもかかわらず、シナプス前細胞内カルシウムイオン濃度（[Ca2+] I）とエキソサイトーシス速度の関係も、分泌速度も定量的に知られていません。この情報を提供するために、Caged Ca2+のフラッシュ光分解を使用して[Ca2+] Iをシナプス末端で迅速かつ均一に昇格させ、膜容量をエキソサイトーシスとモニタリングの指標として測定します[Ca2+] I（2+） - 指標染料。[ca2+]が10マイクロムを超えて突然増加した場合、[ca2+] iで急激に増加する速度で静電容量が上昇しました。急勾配は、少なくとも4つのカルシウムイオンが結合してシナプス小胞融合を活性化する必要があることを示唆しました。半分飽和度は194 microMで、最大速度定数は2,000〜3,000 S-1でした。与えられたシナプス小胞は、[Ca2+] Iが100ミクロムを超える場合、数百マイクロ秒以内に高い確率でエキソシトースすることができます。これらの特性は、神経通信に必要な非常に迅速なシグナル伝達を提供します。

Rapid calcium-dependent exocytosis underlies neurotransmitter release from nerve terminals. Despite the fundamental importance of this process, neither the relationship between presynaptic intracellular calcium ion concentration ([Ca2+]i) and rate of exocytosis, nor the maximal rate of secretion is known quantitatively. To provide this information, we have used flash photolysis of caged Ca2+ to elevate [Ca2+]i rapidly and uniformly in synaptic terminals, while measuring membrane capacitance as an index of exocytosis and monitoring [Ca2+]i with a Ca(2+)-indicator dye. When [Ca2+]i was abruptly increased to > 10 microM, capacitance rose at a rate that increased steeply with [Ca2+]i. The steepness suggested that at least four calcium ions must bind to activate synaptic vesicle fusion. Half-saturation was at 194 microM, and the maximal rate constant was 2,000-3,000 s-1. A given synaptic vesicle can exocytose with high probability within a few hundred microseconds, if [Ca2+]i rises above 100 microM. These properties provide for the extremely rapid signalling required for neuronal communication.