[신경과학] 6.2 : 신경전달물질 각론

 

 

이번 포스트에서는 다양한 신경전달물질 각각의 특징들에 대해 알아보도록 하자.

 

 

acetylcholine에 대해 먼저 알아보자.

 

 

 

 

ACh는 주로 NMJ에서 사용되는 NT의 한 종류임. 특히 ACh가 skeletal muscle에서 사용될 때는 excitatory signal을 유발하고, cardiac muscle에서 사용될 때는 inhibitory signal을 유발함. (그 결과 heart rate가 감소하게 됨)

 

 

 

위 그림 왼쪽에는 ACh의 life cycle이 나타나 있음. 일단 choline과 acetyl CoA는 ChAT(choline acetyltransferase)에 의해서 ACh로 합성됨. 이후 ACh는 ACh transporter에 의해 vesicle로 이동되어 저장됨. 그러다가 결국에는 release가 일어나게 되고 post-synaptic neuron receptor에 인지됨. 한편 남은 ACh는 synapse 공간상에서 AChE에 의해서 다시 choline과 acetic acid로 분해되고, 이 중 choline은 presynaptic membrane에 있는 choline transporter를 통해서 neuron 내부로 들어와 ACh 합성 재료로 재사용됨. 이 반응 중에서 synapse로부터 presynaptic neuron으로 choline이 reuptake되는 과정이 ACh의 lifecycle 상에서 rate-limiting step에 해당함.

 

위 그림 오른쪽에는 ACh의 합성과 분해 과정이 나타나 있으므로 참고할 것.

 

 

이 때 흔히 ChAT를 cholinergic neuron의 marker로 많이 사용하는데, ChAT로 staining이 될 시 그 neuron이 ACh를 합성한다는 뜻이므로 이를 marker로 사용하는 것임.

 

 

 

 

다음으로 monoamine에 대해 알아보자. monoamine은 catecholamine과 serotonin(5-HT)으로 나누어질 수 있음.

 

 

 

 

위 그림 a에 나타나 있는 것이 catechol group이며, 이 group이 두 개의 탄소 구조에 붙어있는 NT들을 다 catecholamine이라 함. 여기에 포함되는 NT들로는 dopamine(DA), norepinephrine(NE)(noradrenalien(NA)), epinephrine(adrenaline) 등이 있음.

 

 

사실 이 녀석들의 경우 degradative enzyme이 synapse에 존재하지는 않지만 MOA(monoamine oxidase)가 있어 작용하게 됨.

 

catecholamine은 mood, cognition, movement, attention, visceral function 등에 관여함.

 

 

 

 

이와 관련된 그림이 위와 같으므로 참고할 것.

 

 

 

 

위 그림은 catecholamine 계열의 NT들이 합성되는 과정을 보여주고 있음. 보면 amino acid의 일종인 tyrosine이 L-DOPA로, 그리고 L-DOPA가 dopamine으로, dopamine이 NE로 , NE가 epinephrine으로 바뀔 수 있음.

 

 

 

참고로 이 때 dopaminergic neuron이 거의 죽어서 발생하는 질병이 바로 파킨슨병이므로 파킨슨병 환자에게 dopamine의 전구체인 L-DOPA를 넣어주게 되면 미량으로나마 살아있는 dopaminergic neuron들이 L-DOPA를 dopamine으로 바꾸어줘서 증상이 나아질 수 있음.

 

 

 

 

한편 위 그림은 serotonin의 합성 과정을 보여주고 있음. 이 경우 tryptophan으로부터 합성됨. serotonin은 양은 많지 않지만 감정, 기분, 수명 등과 관련되어 있음.

 

 

 

 

monoamine 계열 NT의 lifecycle은 위와 같음. 이 중에서 DA의 경우 presynaptic neuron으로의 uptake를 위해 DAT가 작용하며, serotonin은 SERT가 작용함.

 

이 때 serotonin에 의한 반응 이상으로 기분, 정서장애가 발생한 환자들(e.g. depression)에게 SERT를 inhibition시킬 시 증상이 나아질 수 있음. (이 때 사용하는 대표적인 약물이 Prozac임) 그러나 또 SERT의 inhibition 정도가 너무 심해져버리면 기분이 너무 좋아질 수 있음. 이러한 과도한 기분좋음을 유발하는 약물 중 하나가 바로 cocaine임. (cocaine은 SERT를 거의 아예 block해버림)

 

 

 

다음으로 amino acid 계열의 일종인 glutamate, Glycine, GABA에 대해 알아보자.

 

 

위 그림에 나타나 있는 바와 같이 실제로 glutamate가 GAD(glutamic acid decarboxylase)의 도움을 받아 GABA로 변화할 수 있음. 이 때 GAD는 GABAergic synapse의 유용한 marker 중 하나로 사용되곤 함.

 

 

이 때 glutamate, glycine과 같은 녀석들의 경우 어느 세포든 다 가지고 있음. 다만 이 양이 많은 경우 이 세포는 glutamate를 NT로 사용하는 것임. 따라서 이런 녀석들의 경우 qualitative한 것이 아니라 quantitative함.

 

 

우리 뇌의 90%에 해당하는 neuron들은 glutamate, 혹은 GABA를 분비함.

 

 

 

따라서 glutamate와 GABA는 위 그림에서와 같이 우리 뇌에서 상당히 중요한 system을 구성함. 이 때 이 system에 문제가 생길 시 우리 뇌는 바로 non-functional해질 것임.

 

참고로 앞서 살펴본 것 처럼 glutamate는 major한 excitatory NT이고, GABA는 major한 inhibitory NT임.

 

 

 

 

 

지금까지 설명한 녀석들 밖에도 많은 종류의 NT들이 있음. 예를 들어 ATP가 있는데, 이 녀석은 neuron을 excitation시키며 purinergic receptor에 binding함. 그 밖에 endocannabinoid는 retrograde messenger로 작용함. 이와 관련된 그림이 아래에 나타나 있음.

 

 

 

 

 

보면 excitation된 postsynaptic neuron에서 enzyme에 의해 endocannabinoid가 합성, 분비되고, 이 녀석이 다시금 presynaptic neuron의 CB1 receptor에 의해 인지되어서 presynaptic neuron의 calcium channel 발현양이 조절되게 됨. 이 때 post→pre로 조절하는 데 작용하므로 이 녀석을 retrograde messenger라고 부름.

 

 

그 밖에 nitric oxide(NO), 혹은 다른 gasotransmitter들도 NT로 작용할 수 있음.

 

 

 

위 그림에는 NO의 작용기전이 나타나 있음. 보면 postsynaptic neuron이 활성화되면서 NOS(nitric oxide synthetase)가 합성되고, 이에 의해 NO가 합성되어 release된 뒤 이 녀석이 presynaptic neuron에서 작용하게 됨.

 

 

 

다음 포스트에서는 neurotransmitter의 인식과 관련된 다양한 receptor들에 대해 알아보도록 하자.