미토콘드리아 막전압의 저분극에 의한 단기시냅스가소성의 조절

Abstract

미토콘드리아는 ATP를 생산해낼 뿐만 아니라 세포 내 칼슘을 완충하는 역할을 한다. 본 연구는 이러한 기능을 가진 미토콘드리아가 시냅스전 말단에서 시냅스 전달에서 갖는 역할에 주목하고, dual patch-clamp recording이 가능한 calyx of Held 시냅스에서 미토콘드리아의 저분극이 단기시냅스 가소성 (short-term synaptic plasticity)에 어떠한 영향을 미치는지 조사하였다. Calyx of Held시냅스에 저농도 (1 μM)의p-trifluoromethyl-oxyphenyl-hydrazone (FCCP)를 짧게 (5분) 처리하여 미토콘드리아의 막전압을 부분적으로 저분극 시켰다. 그 결과 FCCP를 처리하는 시간 동안 basal EPSC가 증가하였고 FCCP를 씻어준 후에 short-term facilitation가 감소하였다. 이러한 현상은 ATP synthase inhibitor인 oligomycin이나 mitochondrial calcium uptake inhibitor인 Ru360에 의해서는 나타나지 않았다. Fura-2를 이용한 칼슘 이미징 실험에서 FCCP 처리하는 동안 시냅스전 말단 내의 칼슘 농도가 증가하였다. 또한 FCCP를 처리 전에 pulse train으로 conditioning하면 FCCP에 의한 세포 내 칼슘 농도의 증가가 더 촉진되었다. mitochondrial Na+/Ca2+ exchanger의 blocker인 tetraphenylphosphonium (TPP+) 존재 하에 FCCP를 처리하면 세포 내 칼슘 농도의 증가가 관찰되지 않았다. 이러한 결과들은 시냅스전 말단에 위치한 미토콘드리아가 저분극되면 미토콘드리아에 의한 세포 내 칼슘조절의 변화에 의하여 단기시냅스가소성에 영향을 줄 수 있음을 시사한다.