ガドリニウムによるカルシウム拡散の遮断がシナプスモデルに及ぼす影響.モンテカルロシミュレーションによる研究

Influence Blocking by Gadolinium in Calcium Diffusion on Synapse Model: A Monte Carlo Simulation Study.

• Sutresno A
• Haryanto F
• Viridi S
• Arif I

抄録

背景:

ガドリニウム（Ｇｄ）は、ランタニド族に属する化学元素であり、造影剤として磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）で一般的に使用されている。しかし、最近では、患者が複数回の注射を受けた後、体内にガドリニウムが沈着することが報告されています。ガドリニウムは強力なブロック作用を持ち、カルシウムのシナプス前層への拡散と競合します。ガドリニウムがカルシウムのプレシナプスへの拡散経路としてのカルシウムチャネルをブロックする正確なメカニズムはこれまで知られていませんでした。

Background: Gadolinium (Gd) is a chemical element belonging to the lanthanide group and commonly used in magnetic resonance imaging (MRI) as a contrast agent. However, recently, gadolinium has been reported deposition in the body after a patient receives multiple injections. Gadolinium is a potent block and competes with calcium diffusion into the presynaptic. There has not been a precise mechanism of gadolinium blocking calcium channel as a channel of calcium diffusion to presynaptic until now.

目的:

本研究では、カルシウム流入モデルのメカニズムと、Gdの存在によって影響を受けるシナプス間隙への神経伝達物質放出の影響を調べることを目的としています。

Objective: This study aims to investigate the mechanism of calcium influx model and the effect of neurotransmitter release to the synaptic cleft influenced by the presence of Gd.

材料と方法:

シミュレーションの解析にはモンテカルロセルシミュレーションを用い、シナプスモデルの作成と可視化にはBlenderを用いた。シナプスは、球形の上に実際のシナプスをベースにした形状でモデル化されている。

Material and Methods: Monte Carlo Cell simulation was used to analyze simulation and also Blender was used to create and visualize the model for synapse. The synapse modeled by a form resembling the actual synapse base on a spherical shape.

結果:

プレシナプス周囲のガドリニウムの存在は、カルシウム流入プレシナプスの拡散を阻害している。その結果、シナプス前膜周囲のガドリニウムの存在は、シナプス前カルシウム流入量の減少を引き起こしていることを示している。これらの要因は、活性膜の確立、次にシナプス小胞のドッキング量、そして最終的に放出される神経伝達物質の量を減少させることに寄与しています。

Results: The presence of gadolinium around the presynaptic has been disturbing diffusion of calcium influx presynaptic. The result shows that the presence of gadolinium around the presynaptic has caused a decrease in the amount of calcium influx presynaptic. These factors contribute to reducing the establishment of the active membrane, then the amount of synaptic vesicle docking and finally the amount of released neurotransmitter.

結論:

ガドリニウムとカルシウムはカルシウムチャネルを挟んで競合する。ガドリニウムの存在は、化学シナプスでの信号伝達に連鎖的な効果をもたらし、活性膜の量を減らし、シナプス小胞をドッキングさせ、神経伝達物質を放出させています。

Conclusion: Gadolinium and calcium compete with each other across of calcium channel. The presence of gadolinium has caused a chain effect for signal transmission at the chemical synapse, reducing the amount of active membrane, synaptic vesicle docking, and releasing neurotransmitter.

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