[신경과학] 5.2 : 화학적 시냅스(chemical synapse)를 통한 정보전달과정 - 2

 

 

이번 포스트에서는 지난 포스트에 이어서 화학적 시냅스를 통한 정보전달과정에 대해 살펴보자.

 

 

 

 

neurotransmitter들은 위와 같이 크게 3개의 type으로 나눌 수 있음.

 

 

a는 amino acid로, 이 카테고리에 들어가는 neurotransmitter로는 glutamate, glycine, GABA(gamma-aminobutyric acid)등이 있음. b는 amine으로, 이 카테고리에 들어가는 neurotransmitter로는 dopamine, acetylcholine, histamine, epinephrine, norepinephrine, serotonin 등이 있음. 마지막으로 c는 peptide로, 이 카테고리에 들어가는 neurotransmitter로는 dynorphin, enkephalines 등이 있음.

 

이 중 amino acid, amine type의 neurotransmitter들은 앞서 말했던 synaptic vesicle 내부에 담겨 보관되고, peptide type의 neurotransmitter들은 앞서 말했던 dense-core vesicle 내부에 담겨 보관됨.

 

 

 

 

일단 amino acid, amine들이 vesicle에 담기는 과정은 간단함. axon terminal에 존재하는 vesicle 주변에 있는 각종 precursor molecule 내에 signal peptide가 붙어있고 결과적으로 이들은 vesicle로 올 수 있음. 일단 오게 되면 이들은 vesicle 막에 있는 transporter를 통해서 vesicle 내부로 수송되게 됨.

 

 

한편 peptide의 경우 일단 RER에서는 inactive한 상태의 precursor peptide로 만들어졌다가 이 녀석이 golgi에 오게되면 active해짐. 이 상태에서 cis→trans golgi로 이동한 peptide는 막과 함께 일부가 budding off됨. 이후 cysoskeleton을 따라서 (그리고 motor protein의 도움을 받아) axon terminal로 운송되게 됨.

 

 

 

위 그림은 이 과정을 더 자세히 나타내주고 있으므로 참고할 것.

 

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다음으로 axon terminal로 전달된 neurotransmitter가 어떻게 release되는지에 대해 살펴보자.

 

 

 

그 과정은 대략 위와 같음.

 

우선 1에서와 같이 내부에 neurotransmitter를 함유하고 있는 synaptic vesicle들이 막과 fusion되게 됨. 이후 2에서와 같이 전달되어온 AP에 의해서 voltage-gated calcium channel을 통해서 Ca2+가 세포 내로 들어오게 됨. 그러면 그 결과 복잡한 다양한 단백질들의 작용에 의해서 3과 같이 exocytosis가 일어나게 되고, 그 결과 NT가 synaptic cleft로 release되게 됨. (이 과정을 세분화하면 docking, fusion, priming at the active zone으로 나눌 수 있음) 이후 4와 같이 아직 덜 release된 일부 NT를 함유하고 있는 synaptic vesicle들은 다시 endocytosis를 통해 들어오고, 이후 1~3번 더 recycling됨. (즉, 다시 NT를 받아서 또 앞서와 같은 과정을 반복함)

 

 

 

 

위 그림에는 docking, fusion 과정이 보다 더 자세하게 나타나 있음. 보면 vesicle 막의 v-SNARE와 active zone 막에 있는 t-SNARE가 서로 만나면서 일단 docking이 이루어지고, 이후 voltage-gated calcium channel에 의해서 calcium ion이 세포 내로 들어오는 influx가 생기면서 결과적으로 복잡한 여타 다른 단백질들과의 상호작용에 의해 위 그림 맨 아래와 같이 fusion이 일어나게 됨.

 

 

이제 postsynaptic membrane에 있는, neurotransmitter 인식과 관련되어 있는 receptor들에 대해 조금 더 이야기해보자.

 

 

 

 

위 그림에 나와있는 것처럼 neurotransmitter를 받아들이는 receptor에는 크게 (ligand-gated) ionotropic receptor와 (G-protein-coupled) metabotropic receptor가 있음. 이 중 ionotropic receptor는 그냥 ligand가 와서 붙을 시 곧바로 channel이 open되어서 ion 유입이 일어나는 receptor임. 이 경우 속도가 매우 빠르며, 다만 지속시간이 짧음.

 

 

한편 metabotrophic receptor의 대표적인 예시는 GPCR로, GPCR에 neurotransmitter가 인식되면 그 결과 각종 signaling cascade가 일어나고, 그 결과 channel이 open되는 방식으로 반응이 일어남. 그러다 보니 속도가 매우 느리며, 다만 지속시간이 길다는 특징이 있음.

 

 

 

 

다음으로 EPSP(excitatory postsynaptic potential)와 IPSP(inhibitory postsynaptic potential)에 대해 알아보자.

 

 

EPSP는 glutamate와 같은 NT의 분비에 의해 나타나는, excitatory한 postsynapse의 membrane potential(즉, depolarization)을 의미함. 이 경우 주로 postsynaptic neuron 내부로의 Na+ influx가 관여할 것임.

 

 

IPSP는 GABA와 같은 NT의 분비에 의해 나타나는, inhibitory한 postsynapse의 membrane potential(즉, hyperpolarization)을 의미함. 이 경우 주로 postsynaptic neuron 내부로의 Cl- influx, 혹은 postsynaptic neuron 외부로의 K+ 유출이 관여할 것임.

 

 

 

 

다음으로 autoreceptor라는 concept에 대해 간단히 알아보고 넘어가자.

 

 

 

보통 계속해서 NT(neurotransmitter)가 존재하고 있을 경우 자극이 쉬지않고 지속되므로 좋지 않음. 따라서 NT의 작용을 break하는 기작도 존재해야 하는데, 예를 들어 acetylcholine을 분해시켜버리는 acetylcholinesterase(AchE)등이 작용할 수 있음.

 

그 밖에, 위 그림에 나타나 있는 autoreceptor 또한 이런 break 역할을 해줄 수 있음. 보면 이 receptor의 경우 presynaptic membrane에 존재하고 있는 녀석으로, 자기가 분비한 NT를 자기가 다시 인식하고, NT가 너무 많을 경우 presynapse의 NT 분비량을 줄여버리게 됨. (일종의 negative feedback)

 

 

이 밖에, 그냥 diffusion에 의존해서 점점 농도가 옅어지는 것을 통해서 break를 하기도 하고, presynaptic axon terminal에서 active하게 reuptake가 일어나기도 하며, 주변부에 있는 glia cell에 의해서 NT가 reuptake되기도 함.

 

 

 

 

이와 관련된 그림이 위쪽에 나타나 있으므로 참고할 것.

 

 

 

다음으로 neuropharmacology에 대해 간단히 알아보자.

 

neuropharmacology는 사실 synapse에 대한 연구와 함께 상당히 많이 발전한 학문인데, 이는 이 과정에서 발견한 receptor, NT, enzyme 등의 물질들이 발견되면서 이들 각각에 대한 antagonist, agonist들도 발견되었기 때문임. 참고로 receptor antagonist의 대표적인 예가 curare, receptor agonist의 대표적인 예가 nicotine임.

 

 

 

다음 포스트에서는 synaptic integration에 대해 알아보도록 하자.