5월 052009
 

Chapter 5 !!

이제 그 axon potential 의 frequency, pattern 이런 걸 수용해서 axon terminal 에서 neurotransmitter vesicle 이 터져서 neurotransmitter 가 강을 건너가서 circuitry downstream 에 있는 input component (neurotransmitter receptor 에 정보를 전해주고) 이게 input 을 세포안으로 신호를 전달해주는 이런 연결에 focus 5장부터

 

Synapse!

Axon terminal presynaptic component

뒤쪽은 postsynaptic component

그렇게해서 수용된 정보가 어떻게 down stream 으로 전달이 되는거냐. 그 특징이 뭐지. Synaptic transmission 이 궁금해

그리고 우리가 우리 다울수있는 것은 synaptic integration 이 있기 때문이야. (척추동물에서 허접한 synapse 는 electrical synapse 야. 아니면 전선이 정보가 오면 그냥 타겟으로 가는.. 걔네들은 빠르지 기차 갈아타는 것도 없고 곧바로 터져주니까. Electronical junction 으로 다 연결되어있어 하나에 input 오면 한번에 쫙 퍼져 ink jet cell 같은 곧바로 빠르게 터져..

이런 류의 escape response (integration 이 안중요하고 synapse 발달이 덜된거다. )

 

Synapse 는 delay 인데 왜 evolutionary 이게 select 됐을까. Integration 의 유일한 통로.

Verstabity? Complextity 같은 다양성을 가질수있기 때문에

 

Electrical synapse 와 chemical synapse (gap junction)

Channel 이 이렇게 서로 align 딱 되서. 통로가 확보가 되면 통로의 사이즈가 2nm.. 통로를 따라서 작은 ion 이나 1nm molecule 이 양방향으로 bidirectional 할수있어. Pore 를 밀고 갈수있는 친구들은 이론적으로 양방향으로 움직여

 

아까 얘기한대로 electrical synapse 의 gap junction 은 중간에 쉴거 없이 곧바로. 빠른 반응을 할수있어. Escape response 같은걸 일으킬 수 있어. Ink cell 이랄지 tail 을 치는 그런 motor neuron 이런걸 다보면 neuron 과 neuron 이 gap junction 으로 연결이 되어있어서 빠른 반응이 나와.

 

심장에 gap junction (우리몸에도 있어.. synchronization fast.. )

Invertebrae 에 많고 cardiac muscle.

 

Chemical synapse 는 presynaptic component (axon terminal, synaptic vesicle 이 여기 있어) 와 postsynaptic component (dendrite, dendritic spine, soma, 그리고 muscle skeletal, smooth, cardiac 도 있어 gland도 있어) 가 있다고 그랬어.

Pre 와 post 사이의 미세한 공간 synaptic cleft (수십 nm)

 

Chemical synapse 는 unidirection 이다. 방향이 하나 가는건 extreme case 이지만 learning & memory Nitric oxide -> 이건 예외로 post 에서 pre로 가는 pre를 강화시키는. 예외 그래도 unidirection

 

Neurotransmitter 가 neurotransmitter receptor 에 붙으면 크게 2가지

Postsynaptic component 에 intracellular side에 signal 을 전해줘야해..굉장히 복잡해 그래서 fast 하지 않고 delay 가 있다..

 

Pre가 언제 왔냐 어디서 왔냐. 어떤 타입이냐.. 이런것들이 전부 integration 되서. Versatility. 가 보장된다 (not stereotypic)

 

그래서 pre와 post의 개념.

 

Active zone, postsynaptic density..

presynaptic components (axon terminals)

synaptic vesicles containing neurotransmitters

active zone (docking of vesicles)

– postsynaptic components (dendrite/soma, muscle, glands)

postsynaptic density (clustering of NT receptors)

– conversion of intercellular signaling into intracellular signals

: direct vs indirect chemical transmission

직접적으로 전달할수도 있고 간접적으로 할수도 있는데. (다음챕터)

 

대표적인 말초신경계의 synapse 로

Neuromuscular junction , alpha motor neuron 이 쭉 내려가서 axon 이 alborization 되. 가지를 친다.. 그래서 muscle 내부에 synaptic bouton 에 가서 딱 synapse를 이룬다. 이경우는 synaptic bouton 이 presynaptic component 당연히 axon terminal 의 변형체.

그리고 postsynaptic component 는 muscle (skeletal muscle 등)

Muscle 에서 특징적으로 neurotransmitter receptor 가 몰려있는게 있어 그것을 juctional fold 라고 해요

Junctional fold 의 상단. 요부분에 특징적으로 neuro Ach receptor 가 분포하고있어

 

 

Synapse 라는 게 정설이 된 것은 neurodoctrine 이라는 neuron neuron 사이에 붙어있지 않고 떨어져있어. Cell theory Cajal 에 의해. 정립. Discontinuity 를 보였다.

 

Sherrington 이라는 사람이 synapse 라는 말도 했고, synapse 라는 것을 약물학적으로 증명하는 결정적인 일련의 스터디를 해왔어. EM에 의해 정설로.. presynaptic terminal 에는 neuro transmitter 를 가지는 vesicle 이 있고 post synaptic component 에는 그것을 낸 receptor 가 있다.

연구가 많이 된 Neuro muscular junction 이 있는데 axon terminal (Ach) muscle (Ach R)

Ventral horn alpha motor neuron 굉장히 많은 arborization, 그 끝이 synaptic bouton 이 있고 Ach 가 있고.. 타겟 즉 muscle 에 가서 여기가 end plate, 특징적으로는 juctional folds (Ach R 가 high density)

 

Synaptic contact 이라는게 1:1 대응이 아니라는 것

 

Active zone , active zone 특별한 site에 clustering 된다. (전자현미경으로 예측을 할 수가 있어)

 

1. Axodendritic (dendritic shaft 나 soma 에 붙으면 inhibitory) GABA나 glycin

2. Axosomatic (inhibitory)

 

3. Axoaxonic (modulatory)

 

4. Axospinous (axon 이 dendritic shaft 에 돌출되 나온 spine 에 붙어) excitatory

(Glutamate, 아스?? 등 흥분성 신경전달물질)

 

Dendritic spine 을 관찰해보면 그림에서 보듯, 굉장히 삐죽삐죽 솟아있는, (물론 다양한 형태) 0.1 마이크론이다. 10배나 다섯배 정도로 dendritic shaft 에서 돌출해나오는 것이 dendritic spine 이라고 하고, 돌출되어있는 부분에 대해서 cytoskeletal protein 을 찾아보면 dendritic shaft 는 우리가 알고 있듯 microtubule 이 + – end 가 섞여있고 intermediate filament, neurofilament 등이 섞여있고,

 

그런데 dendritic spine 에는 actin 이 쭉 위로 솟아있어. 그래서 결국 axospinous 라는 synapse 에서는 dendritic spine 의 상단부가 PSD가 glutamate Receptor 같은게 dense 하게 모여있는 지역.

 

(이 그림은 유인물에 내가 손으로 그려놨음)

 

이제 또다른 분류법 (아까까지는 pre와 post가 뭐냐)

 

– Gray’s type I

asymmetric, usually excitatory (glutamate), round vesicles

prominent postsynaptic density

Gray’s type II

symmetric, inhibitory (Glycine, GABA), flattened vesicles

less prominent PSD

 

 

 

또 다른 분류

Clear core

Dense core

Acetylcholine (clear) vs norepinephrine/neuropeptides (dense)

이게 얼마나 중요한 분류인지 잘모르지. 신경과학자들의 question 이 autonomic nerve terminal 이 어떤 애는 NE랑 맺고 Ach 랑 맺고.. 이걸 조절하는 것이 target 이냐 신경이냐. 결론은 axon terminal 이 target 으로부터 분비된 물질의 영향을 받아 ach nergic 자율신경계 될지는 NE nergic 자율신경계가 될지 그런 것이 정해진다고 정설로 잡혀가던 시절에..

 

어떤 환경을 만들어줬더니 자율신경계 뉴런의 synaptic vesicle 이렇게 clear 됐더라, 또는 dense core 가 되더라. 이런 걸 찍으면서 A라는 factor 가 B라는 factor 가 Ach.. NE 로 분화하는데 중요하다.. 이런걸 보일 때 사용

 

이렇게 적어도 3가지 synapse 분류법이 있어!

 

 

편의상 pre 와 post 가 1:1 대응이라고 봤지만 실제로는 상당히 다양한 종류로 컨택할수 있었어

 

(axon terminal 에 synaptic vesicle 이 한 200개가 들어있다.) 라고 할 때

우리가 배운대로 action potential 에서는 정보의 강도를 frequency 로 보여줘..

Axon terminal 에 있는 synaptic vesicle 을 그런것에 비례하게 터지게 해준다는 것

 

200개가 있는데 랜덤하게 8개가 터지는 게 아니라. 순서가 있어!!

(resting pool 이라는게 거의 90% 를 차지하고 있어)

10% 정도만 (20개 정도만) 터지거나 터지러가는걸 보충해줘

Readily-releasable pool 이 있어서 명령만 받으면 터지는 것들 8개 (이게 터져나가면 그 위에 recycling pool 이 있어서 곧바로 채워나간다)

 

Axon terminal 이 10년되면 1억만이 될수있어.. synaptic vesicle 이 axon terminal membrane 에 fusion 해서 터진다음에는 다시 endocytosis로 잉여분의 neurotransmitter 를 가지고 들어와주는 이런 여러가지 전략이 있어요.

(reuptake , reuptake 이렇게 된다.. 그래서 recycling pool 이라고 해.. 이게 고갈되면 쉬고있던 resting pool 에서 채워준다)

 

결국 random event 가 아니다.

 

 

지금부터는 이런 아이디어를 가지고

Synaptic vesicle 이 어떻게 active zone 에 docking 을하느냐

터져주고 endocytosis에서 recycling 하는 신

 

Question 이 axon terminal 이 둥둥떠다니는데 어떻게 membrane 까지 와서 docking 하냐. 그 신호가 뭐지..?? Readily releasable pool 이 뭐에 신호를 받아서 그친구가 active zone 에 docking 을해서 fusion 을 해서 내용물을 터뜨리냐 이게 question

 

여하튼 뭐가 필요해 ? Ca 가 필요해 volatage dependent calcium channel 드디어 등장

이건 axon terminal 에 집중해서 발달해 있어 action potential 이 terminal 쪽으로 내려오면 voltage 를 sensing 한 calcium 채널이 열려서 바깥쪽에 있는 calcium 이 안쪽으로 들어온다. 이게 중요해

 

Synaptic vesicle 에 있는 어떤 transmembrane protein , axon terminal membrane 에 있는 transmembrane protein 이 서로 이렇게 리본 모양으로 binding..

아마도 calcium 이 calcium 채널 열려서 안으로 들어오면 나중에 우리가 배울 SNARE pin 이라는 단백질들이 binding 을 해서 그런 것으로 membrane fusion 을 이루고 내용물이 터져나오는가보구나!!

 

Quantal release 라는 개념은 뭔가??

Synaptic vesicle 100 molecule 이 있다고 하면 하나가 터지면 100개의 신호가 간다.. quantal release 라는 건 calcium 신호와 SNARE pin 단백질등의 바인딩으로 membrane fusion 을 이뤄 튀어나온 이 친구들이 axon terminal 로부터 neurotransmitter 가 보따리 터진다. 이런 얘기

 

이 calcium ion channel 과 active zone 과 post synaptic density 라는 것이 한 군데 몰려있다는 개념을 보여주는 그림

 

보면 알듯이 calcium channel 과 neurotransmitter 나가는 구멍이랑 위치가 거의 똑같아요

 

Freeze fracture view 쪽에 pre terminal Ca channel 과 post receptor Ach receptor..

 

Calcium channel , active site.. post synaptic density 거의.. 대응을 하고 있어.

 

 

(이게 precision 이 되는 이유. 정보의 전달이 아주 명확하게 갈수있는 그런 근간)

 

 

SNAREpins : (SNARE hypothesis 에 의하면 여러분이 보는 이게 synaptic vesicle 이에요. 이 안에 neurotransmitter 가 있어. V-SNARE (vesicle 에서 나온 것) t-SNARE (docking 할 target) v 랑 t SNARE 가 tale 쪽에서 binding 해주면 이것이 장차 요 membrane 요 membrane 이 fusion 하는데 중요한 역할을 해준다.

 

Synapse vesicle 이 얘네랑 붙게되는데 membrane 에 있는 transmembrane protein 과 binding 을 해서..

 

AP가 오면 그걸 sensing 한 voltage dependent calcium channel . SNAREpin protein 이 이런 calcium 의 변화를 sensing 하는 것이 SNARE hypothesis 의 시작.

 

Synaptotagmin 을 찾아냈어 : synapse에 있는 SNAREpin 에 해당하는 단백질 중에 하나. 이게 바로 calcium sensor 였어! 이게 sensing 해야지만 synaptic vesicle 이 Axon terminal membrane 에 퓨전해서 결과적으로 neurotransmitter가 터져나오는 거야.

 

 

Transmembrane domain 을 가지고 tail 이 굉장히 긴 그런 친구들이 있어요. 노란 줄을 쭉 쫓아서.. transmembrane 에 굉장히 긴 C terminal tail.. 이게 바로 synaptotagmin 이야.. synaptic vesicle membrane 에 꽂혀있는 long tail 을 가진 transmembrane protein

또 synaptic vesicle 에 꽂혀있는 유명한 transmembrane , long tail 을 가진 다른 것 synaptobrevin

이게 대표적인 long tail 을 가진 단백질.

 

그다음에 axon terminal 쪽에 있는 membrane transmembrane 이고 long tail 을 가진 syntaxin 그리고 synaptic transmission 에 중요한 단백질인데 transmembrane 도메인을 가지고 있진 않은데 굉장히 중요한 단백질이 SNAP-25 이야. 이 SNAP-25 은 Axon terminal membrane 에 얹혀져있는 듯한 그런 체제

 

이걸 가지고 calcium 부터 쫓아보자.

이게 아무런 신호가 없을 때 orientation synaptic vesicle 에 synaptictagmin, synapticbrevin 이 얘네가 axon terminal membrane 에 syntaxin 과 SNAP-25 와 이런 안 붙는 관계를 유지하고 있는데

 

Ca 가 Axon terminal 쪽으로 들어오면, sensing 은 synaptotagmin 이 하고 Ca myelin protein 은 Ca myelin pocket 이 있죠 이게 Ca 을 캡쳐하면 양쪽에 conformational change 가 일어나서. 요쪽에 있는 단백질들이랑 결합해서 align 이 된다. 반대쪽에도 되고. 계속해서 잡아당기면.

Vesicle 이랑 T-SNARE membrane 이 굉장히 가까워지겠죠. Align 된 사이로 통로가 확보되서 이 안쪽에 있는 neurotransmitter 가 release 된다.

AP -> Ca 이동하고 -> readily releasable pool 에 synaptic vesicle 있는 SNAREpin 단백질이랑 axon terminal 에 있는 SNARE 단백질이 이런 원리로 fusion 이 되서 active site 에서만 neurotransmitter 가 터져나와서 그게 바로 앞에 있는 PSD에서 손님을 받아들인다.

(random 이 아니지!)

 

 

다음은 Neurotransmitter receptors.

3차원적으로 molecule 수준에서 anatomy 수준까지 어떻게 작동될것인지 완성되는 그런 내용.

중요한 question

 

Neurotransmitter 가 그런 원리로 터져줬는데 얘가 결국 neurotransmitter receptor 에 붙게 되는데, receptor 에 붙은 것이 어떻게 postsynaptic component 의 신호로 정보로 전달이 될건가. 이게 중요한 question 이게 (지금부터 Ch 6 까지도 그 얘기)

 

NT 가 release 되면, PSD에 specific 한 receptor 에 붙는다 이건 예외가 없어.

그런데 어떤 두 가지 큰 무리가 있느냐.

어떤 Neurotransmitter receptor 는 neurotransmitter 가 receptor 에 binding 하면, 예를들어 neuromuscular junction 인데, 이 receptor 안쪽에 무슨 공간(pore) 가 있어요. Neurotransmitter 가 이 receptor 에 붙으면 conformational change 가 일어나서 neurotransmitter channel 이 열려서 무엇인가가 extracellular 에서 postsynaptic component 의 intracellular 로 무슨 ion 같은게 전달이 될거 같다.

 

또 다른 종류의 receptor , 7 transmembrane 도메인을 가지는 형태의 receptor 다. 이 receptor 자체는 channel 이 아닌데 7 transmembrane 도메인을 가지는 transmembrane 단백질의 특징처럼 intracellular side에 G-protein 을 recruit 하고 , G-protein 에 의한 second messenger 를 이동시켜서 그런 방법으로 신호가 전해진다.

 

2가지 방법이 실제로 그래.

 

: NT-gated ion channel direct chemical transmission (NT가 리셉터에 붙으면 그 신호로 conformational change가 일어나고 gate가 열려서 그 gate를 통해서 어떤 ion 이 influx!!)

 do not show the same degree of ion selectivity

(e.g., AchR Na+, K+; NMDA GluR Ca+2, Na+; (이런게 들어오면 postsynaptic membrane 이 positive 가 되겠죠. 그러면 EPSP 가 발생)

반면에 GABA  Cl-) IPSP 발생

generates transient EPSP (excitatory postsynaptic potential) or IPSP

: G-protein coupled receptors : indirect chemical transmission (GpCR이라는건 NT자체가 ion 채널을 아닌데, NT 가 이런 계열의 receptor 에 붙어주면 G-protein 또는 그 걸로 인한 second messenger 로 신호를 전달한다)

 generate slower, long-lasting and diverse actions for G-receptors

 It itself does not generate EPSP and IPSP

 

 

 

3장은 reading assignment 에서 빼기로 했어.

 

Neurotransmitter receptor 를 크게 2가지로 예측, NT-gated ion channel 과

 

1. Direct gated chemical transmission

– Excitatory NTs: Ach, Glutamate

– Inhibitory NTs: GABA, glycine

 

2. Indirect gated chemical transmission (GpCR 7 transmembrane domain 을 가지는 ligand 가 receptor 에 붙으면 intracellular side 에서 G-protein 이 recruit 되서 G-protein 자체 또는 second messenger 또는 그것에의해 activation 된 protein ki?? 이런것들이 신경세포내 상황을 조율해서 transmission ) – 이경우는 EPSP 나 IPSP가 아니라 modulation 역할

-G-activated ion channels

-G-protein coupled 2nd messengers (2nd messenger 자체에서 끝나서 신경세포내에 metabolic rate 를 조절해서 chemical transmission 에 영향을 간접적으로 줄수 있다.)

 

 

AP가 만들어지기 위해서 Axon hillock 에서 시간과 장소와 내용이 이것이 total integration 되서 threshold 를 넘으면 비로소 뭐가 터진다고? Voltage dependent sodium channel 이 열린다.

Question 은 이게 열리면 80mV 짜리 voltage difference 가 생기는 강한 peak 생기는데,

그런데!!

Voltage dependent sodium channel 에 영향을 주는 voltage difference 는 누가 만드냐???

 

EPSP, IPSP 이런 것들, modulatory 이런건.. 모여서 어느 뉴런에 dendrite, dendritic spine, soma 에 왔겠지. 그리고 이게 axon hillock 에서 threshold 넘으면.. AP 가 발생..

 

Neurotransmitter 가 NT receptor 에 붙어 EPSP 를 만든다. 그런데 얘네 nature 에 중요한건 얘네는 AP 를 만드는 membrane potential 변화와 같이 all or nothing pattern 아니고 graded 하다!!

(어떤 변화를 계속 summation 할 수 있는 그런 특징이 있어. 그리고 잠시 후 보면 알지만 passive 해. 자기가 얻은 정보에서부터 멀리가면 갈수록 정보가 자꾸 줄어들어..)

 

Action potential 에 비하면 smaller , 얘네가 EPSP, IPSP, neurotransmitter 와 NT receptor 에 붙어서 생기는 작은 miniature 의 depolarization signal 이에요. 보통 0.2, 0.5 mV 그정도밖에 안되는 당연히 AP보다 작아. 그리고 성격은 graded, passive ..

EPSP 가 생겼다는 건 cell 안으로 즉 receptor 를 가지고 있는 신경세포 안쪽으로 positive ion 이 들어오고 EPSP 가 0.5mV 가 생긴거죠.

Neuromuscular junction 에 있는 ACH receptor 는 어떤 ion 을 가지고 들어오냐. Sodium 이랑 potassium 을 다가지고 오는데.. (조금더 sodium 에 선택적이야..)

 

그렇지만 우리가 여지껏 봤던 voltage dependent sodium, potassium, calcium 등과는 달리

NOT very selective

 

그리고 glutamate 이 EPSP 를 만드는데, glutamate receptor 중에 NMDA가 있어.

만약에 붙어서 EPSP 를 만들면 주로 Calcium 이온이 influx 해 들어와서 EPSP 만들어

 

거꾸로 얘기하면 중추신경계의 Ach neurotransmitter 는 EPSP 를 못만들어!

 

 

그담이 IPSP

GABA나 glycine 이 이번에는 Cl 이 negative ion 이 들어와주면.. membrane potential 이 miniature 지만 내려가겠죠.

 

 

자 이제 G-protein-coupled receptor 여기 2가지와 다음장의 1개? 몇가지 예를 얘기하겠어.

 

Neurotransmitter 가 NT receptor 에 붙었는데 receptor 자체가 ion channel 은 아니야

계열은 GpCR 7 transmembrane 그래서 ligand가 불으면 G-protein 이 recruit 되고 이게 activation 이 되면 옆에 있는 ion channel 은 건드려서 어떤 전기적인 변화. 또 다른 하나는 activation 된 G-protein 에서 특정한 second messenger 로 cyclic?? 그 2nd messenger 또는 이걸로 activation 되는 protein kine? 가 옆에 있는 gPCR gated ion 채널을 또 조절할수있고..

 

6장에서 배울내용.. 그냥 NT가 NTreceptor 에 붙은 다음에 second messenger 생겨서 그 자체가 이 cell 내의 metabolic state 조절하는데 연결이 되는 것.

 

구태여 구별을 한다면

1. Activation 된 g-protein 이 옆의 채널을 indirect 하게 조절하거나

생성된 2nd messenger 또는 2nd 에 의해 activation 된 protein 카이네이?? 옆에 있는 ion channel 을 indirect 하게 activation 하는가.. 이런 것들은 그 자체가 EPSP, IPSP 를 못만들지만 더해주거나 감해주는 그런 역할을 한다.

 

2. 그 다음에 metabotropic receptor 가 있어. 이게 뭐냐면 neurotransmitter 가 NT receptor 에 붙어서 이런 cascade 로 activation 된 2nd messenger .. 걔네들이 gene transcription, 여러가지 protein modification 등에 관여에서 그런 neurotransmitter 를 수용한 그 세포내에 여러가지 membrane state 를 변환시키는거. 그렇게해서 어떤 변화를 야기 시킴..

 

외부 강사에게 배울 내용 중 (learning and memory) 가 여기 해당

 

G-protein coupled receptors have slower and long-lasting actionsEffectors can be G-protein-gated ion channels or 2nd messengers that regulate channel function or alter cellular metabolism (metabotropic receptors).

 

Dopamine, norepinephrine, serotonin and G-protein-coupled Ach (in cardiac muscle and in the brain) & G-protein-coupled glutamate receptors belong to this family (metabotropic receptors)

 

(한가지 예를 봅시다)

gPCR 계열로 가장 잘 연구된 NT .

NE가 NE receptor 에 binding 을 하면,  

NE binds to its receptor activating G-protein.

G-protein activated adenyl cyclase that converts ATP to cAMP.

cAMP activates protein kinase that phosphorylates K channel. (이러면 이 K channel 이 원래는 신경세포 아니에요. 어떤 cycling 중에 이 통로를 통해 밖으로 나갔는데.. 이 캡스케이즈로?? Protein kinase A가 g-protein gated potassium channel 을 phosphorylation 시키면 이 gate 가 닫혀져 버려.. 그러면 K가 못빠져나가니까 positive charge 를 가진게 더 오래있겠죠. 그러면 만약에 여기 EPSP가 있으면 그게 더 오래가.

Phophorylation closes K channel decreasing K conductance.

Inhibition of outward current of positive ions increases efficiency of EPSP  modulation

 

이런 등등이 gPCR 을 통한 indirect, 그것이 gPCR gated ion channel 을 건들던 metabotrophic reaction 을 하든 이런 계열은 우리가 예상할 수 있는게 NT-gated chemical transmission 에 비해서 indirect 니까 slow 하고 이런 케이스 diffuse.. long lasting 이다..

 

 

그 다음에 우리가 궁금한 NT 가 자기 할일을 다 했어. 그다음에 precision 을 위해서 얘네들이 synaptic cleft 에서 사라져야지.. 그렇지 않으면 그걸로 신경세포도 죽고 질병도 걸리니까..

 

Clearing , recover 이게 굉장히 중요한데

크게 3가지 방법을 통해서 synaptic cleft로 분비한 neurotransmitter 가 없어진다. .

 

NT must be cleared from synaptic cleft for next round of synaptic transmission (precision).

: Reuptake by presynaptic transporters (Glu, NE, DA, 5-HT) (transporter 에 의해서 presynapse 에서 분비를 시켰는데.. presynaptic terminal 에 transporter 가있어요. Synaptic cleft 에 방출되서 작동하고 남은 잉여물들 또는 작동을 끌난 친구들, 그런걸 그 transporter 를 통해서 presynaptic terminal 로 다시 데려와요.. 그리고 그 neurotransmitter 다시 재생해서 다시 사용해.. 이게 굉장히 중요해.. 상당히 많은 NT가 이런 짓을 해.

> enzymatic metabolism ->  reloaded

: Enzymatic destruction in the synaptic cleft:

Ach is degraded by acetylcholineesterase (AchE)

: In some cases, peptide NT is diffused

 

2. synaptic cleft 에 basal lamina 라는 extracellular major????? 요 그물망에 걸쳐있는 친구가

대표적인 효소 acetylcholineesterase (AchE)

Acetylcholine 을 choline 이랑 split 시키는 대표적인 enzyme. 무슨 얘기냐면 neuro muscular junction 에서 ACH 이 ACHR 쪽을 향해서 분비가 되고 작동이 끝나면 synapse cleft 의 이 basal lamina 에 있는 acetylcholineesterase 의해서 split 이 되서 그 중에 일부는 presynaptic terminal 로 reuptake 되서 reload 할때 활용

 

분비된 NT를 그 자체로 tranporter 로 가져가는 것도 있고 synaptic cleft 에서 split한다음에 그 중에서 chorine 을 presynaptic terminal 로 가지고 가서 reloading 하는 그런 차이가 있어.

 

3번째 케이스가. NT type 을 공부하게 될텐데 peptide 계열의 NT는 synaptic cleft 에 방출된다음에 전혀 reuptake 안되고 degradation 이 되든, 아니면 옆으로 lateral spread 옆으로 퍼져서 diffusion 되서 거의 흔적이 없이 사라져버려.. (방출이 될 때 아주 조금만 되기 때문이다)

 

 

한가지 짚고 넘어가야할게 NT transporter 가 이제 분비가 된다음에 presynaptic terminal 에 발달된 transporter 를 통해서 그 NT를 다시 가지고 간다고 했으니 transporter 를 보자

 

1. Presynaptic membrane transporters

: glutamate transporter: 6 ~ 8 transmembrane

– cotransport of Na+ and countertransport of K+ and hydroxyl ion

: dopamine transporter: 12 transmembrane

– cotransport of Na+ and Cl-

 

Presynaptic terminal 에 reuptake 된 NT는 어떻게 할거냐??

물론 없애버릴수도 있고 recycle 측면에서는 vesicle 에다가 다시 reload 시키는 것.

Presynaptic terminal 에 있는 synaptic vesicle 로 어떻게 reload 가 되느냐. 그건

 

2. Vesicle transporter: 12 membrane spanning 의해 가능해!!

– ATP-deriven, exchange for protons

 

중요한 point 는 상당히 많은 NT 가 재흡수, 재로딩 과정을 거쳐서 recycling 이 되는 효율적인 체제라는 것이다.

 

 

6장으로 가기전에 또다른 아주 기본적인 개념이 synaptic integration 이다.

 

이게 일어나는 가장 중요한 지역이 중추신경계다.

어떤 신호는 내가 뭐를 받으면 얘네 중요한 관심사는 내가 받은 정보를 실수없이 전달.

Chemical transmission 에서 direct gated transmission , neuromuscular junction 같은데서는 보면 알지만 synaptic input 이 딱 오면 그 input 에 충실하게 터져줘서 muscle 을 수축시켜주는게 최대 관심사

 

그런데 synaptic integration 이라는 건 EPSP 든 IPSP 든 아주 미미해 이것이 모여서 axon hillock 에서 axon potential 이 터질때까지 모으는 것 그러면 수천 수만 수십만 개.. 어제 오늘, 이 마을 저 마을.. 전부 integration 하는 것.

 

Synaptic integration 을 하면 versatility. 이러면 action 을 하면 중추신경계 신경세포.

 

여기에서는 시간과 장소에 대한 정보, 종류(context, NT-gated G-coupled a, b, c type 이냐.. ) 이런걸 integration . 이게 바로 electrical synapse 라든지 이런거랑 달리 synapse 를 선택한 중요한 이유!

 

어떤 NT를 membrane patch 를 투여한다음에 recording 을 했어 그래서 쑥 들어간 부분은 어떤 신호가 influx (안으로 들어온) 그래서 channel 이 열려서 들어왔다가 닫혔다가 들어왔다 닫혔다가 이런것들의 sum 으로 해서 인제 postsynaptic neuron 은 그 정보를 해석하기 시작하는 것.

 

Quantal release 라는 것이 synaptic vesicle 그 보따리안에는 자기가 일정양으로 packaging 하고 싶은 양만큼의 NT 가 있어. 어떤 NT는 많은 양을 vesicle 안에 담고 있고 peptide 계열은 아주 tiny 하게 들어있고.. 어찌됐던 간에 보따리가 터지면 그 안에 있는 내용물이 한꺼번에 다 receptor 를 향해 전진하는 게 quantal release 임

 

Quantal release 하는 NT 가 건너가서 얼마만한 장소에 EPSP, IPSP 하느냐 그걸 예측해보면 아하 CNS 에 quantal release 는 synaptic integration 에 적절하도록 miniature 구나 이걸 이해할수있어.

 

NT vesicle 안에는 수천개의 NT molecule 이 있어. 이게 터지면 보따리에 비례하게.. 1보따리가 터져서 1 quanta 가 release 되서 EPSP를 형성한다면.. 1보따리가 터진 EPSP 를 miniature EPSP 라고 해! 그런것들이 다 모인 것을 EPSP라고 하겠지. Miniature IPSP 가 sum이 되서 IPSP

 

Neurotransmitter 가 signal 을 받아서 일정한 quanta 가 터졌다. 터졌을때 EPSP 가 예를들어 neuromuscular junction 에서는 얼마만한 높이차이로 오고, CNS는 얼마만하냐 이걸 보면..

 

실제로 action potential 에서 quanta 가 터질 때 neuromuscular junction 대체로 한 200quanta , 200 vesicle 보따리가 터져주고 한보따리가 0.2 mV 라고 하면 한 40mV 의 voltage difference 를 일으켜. 충분히 threshold 를 넘고 fail proof . 실패하지 않게 muscle 을 쳐서 수축시킨다.

 

같은 이치로 중추신경계를 보면, 자기가 흥분해서 axon terminal 에서 quanta 가 터질 때 기껏해어 1보따리 또는 몇 개의 보따리. 0.2mV 라고 하면 1m V 도 안되.. 엄청나게 높이가 낮아. 얘네가 자기가 수용해서 downstream 으로 터져주려면 synaptic input 이 수백 수천개가 와줘야해..

 

그래서 CNS 의 EPSP 높이의 이런 특성상 CNS 는 integration 을 필연적으로 할 수밖에 없어.

 

EPSP 에 대해서든 IPSP 든 똑 같은 경우인데 아까 말했듯 EPSP든 IPSP 든 graded 하고 passive 하다.. 이런 몇가지 특징.

 

Passive 한걸 보자 예시

Postsynapse 의 EPSP 가 여기서 발생했어. 발생만 시키고 거리를 뛰어서 자극에 대해서 반응의 높이가 어떻게 됐는지 봤음. 처음에 했을대 EPSP 높이가 이만큼이었는데 자극을 준다음에 거리가 멀어질수록 넣어준 injection 에 비해서 훨씬 더 낮은 강도로 간다.

 

Postsynaptic EPSP 특징이 거리로 멀리가면 멀리갈수록 자꾸 멀어질수록 얻은 정보의 강도가 줄어들어. Passive <-> active

 

 

혹시 기억하나? Cortical neocortex, cerebral cortex 의 몇 개의 뇌열로 되어있다. layer 4 에 대표적으로 , 랩시간에 한번 보게 될 피라미달 뉴런이 있었어. 피라미달 뉴런은 dendrite , PSD가 basal dendrite , apical dendrite 가 있었어.. apical 은 쭉 안테나를 뽑아서 layer 3, 2 그쪽 layer 에서 온 정보를 수집하려고.. 쉽게 얘기하면 피라미달 뉴런의 apical dendrite 는 굉장히 보통 CNS 보는 dendrite 에 비해서 길어요. 그 길어서 끝의 어떤 신호가 받았는데. 얘가 이렇게 가면 일정시간만 거리가 가도 거의 0 를 향해 가는.. 기껏 받았는데 먼길 오다가 다 잊어버리면 안되니까.. 신호를 받으후 멀어지면 신호강도가 줄어들어..

 

그래서 신호가 줄어들지 않게 amplifier 해야해.. 이게 유명한 excitable dendrite 야!!!

 

Apical dendrite, basal dendrite 가 있고.. 여기에 어떤 신호를 받았는데.. 쭉 먼 길을 와서 soma, axon hillock 까지 올려면 아마 오는 중간에 다 0 되버릴거니까 오는 동안에 계속해서 죽지않고 버티며 올수있게 amplifier 가 있는데 voltage-gated sodium and calcium channels 얘네는 AP 를 만드는데 공헌하는 것이 아니고 EPSP , IPSP 를 먼길오는걸 죽지않게 해줘. (예. Pyramidal neuron )

 

자 이제 공간과 시간에 대한 summation !! 다음 슬라이드는 context based 로 summation. 즉 synaptic integration..

Graded 의 특징이 summation , 동상을 높이 올릴수도 있고, 신호가 IPSP 가 오면 낮아지기도 하고.. 이게 다 summation

 

EPSP 만 맞춰서 보여주면, 이 친구가 이 친구로부터 신호를 받아 얘가 postsynaptic component 죠. Axon potential 이 터미널까지 오면 이런 EPSP 가 형성이 된거. 그런데 이 친구가 얘 이외에도 이 친구 이 친구 해서 같은 시간대에 세 군데로부터 EPSP 를 받았다. 그러면 EPSP 든 IPSP 든 graded summation 하나만 오는거보다 같은 시간대에 다른 장소에서 세개를 받으면 summation 이 된다. (spatial summation)

 

Temporal summation (전부 이런게 된다.)

 

Synaptic integraton 에서 마지막 .

EPSP flows toward the soma.

Amplitude of EPSP diminishes near the soma

(b) Inward current of Cl- at the soma inhibits EPSP .

 It prevents spread of EPSP through the soma to the axon hillock.

For efficient inhibition, inhibitory synapse are often found at the soma

or even at the axon hillock (recurrent collaterals)

 

컨텍스트가 다를 때 inhibition 이 어떤식으로 되냐. Shunting inhibition

Axodendritic, axosomatic 이런게 inhibitory input 이 있다.

 

Recurrent collaterals : axon 이 가다가 어떤 한 친구는 axon 에서 빠진 branch 가 axon hillock 으로 다시 돌아온다. 그 이유는 터져서 열차로 내려갔는데 제어를 해야겠다는, 마지막 제어 수단.

(얘네들도 대체로 IPSP를 낸다)

 

EPSP flows toward the soma.

Amplitude of EPSP diminishes near the soma

(b) Inward current of Cl- at the soma inhibits EPSP .

 It prevents spread of EPSP through the soma to the axon hillock.

For efficient inhibition, inhibitory synapse are often found at the soma

or even at the axon hillock (recurrent collaterals)

 

EPSP flows toward the soma.

Amplitude of EPSP diminishes near the soma

(b) Inward current of Cl- at the soma inhibits EPSP .

 It prevents spread of EPSP through the soma to the axon hillock.

For efficient inhibition, inhibitory synapse are often found at the soma

or even at the axon hillock (recurrent collaterals)

 

신경세포로 보면 axon hillock 에서는 우리가 review 한 spatial information, temporary info, context based info 등을 다 sum 한다.. 이것은 PNS 에서는 볼수없던 것이지..

 

6장으로 가기 전에 우리가 마지막으로 점검할 concept 은

 

Chemical transmission 이 일어나는 것이 왜 그런가 거기서 pre에서 터져서 post 에 붙어서 내가 원하는 뭘 하는거. Paralysis 는 neuromuscular junction 만 놓고 얘기하는건데 아무튼 이런 것이 작동하려면 neurotransmitter 가 나와서, 나올수 있는 양이 있냐. 나왔냐. Clearing 되지 않고 자기 역할을 했나.. 그 receptor 가 수용을 잘하냐.. postsynapse 에 잘 전달해줬나..

 

NT 가 나와서 NT receptor 붙고 clearing 이 되고 uptake 되던 어떻게 되던 상황종료 깨끗해졌고.

그런 것은 얼마든지 반복할수있어요. 만약에 synaptic cleft 에 고농도의 NT가 너무 오랫동안 있으면 receptor 가 반응안해.

Desensitization: Presence of higher NT causes no response by its receptor

(ACH 가 synaptic cleft 에 너무 오래있으면 receptor 가 반응안해. 이런 케이스는 desensitization이라고 해)

 

반면에 inhibition 은 여러가지 다른 경우가 있어 antagonist 즉 어먼게 먼저 붙어버리거나, NT가 방출이 안되거나 아예 그만한 양이 없거나. 결국 muscle paralysis 일어나.

 

Desensitization: Nerve gas, organophosphate

: AchE inhibitor  Desensitization  Paralyzing muscles

Blocking NT transmission: curare, α-bungarotoxin (snake venom)

: AchR antagonists  block transmission  Paralyzing muscles

3. Destroying SNARE proteins: botulinum toxin (improperly canned food) : Destroying SNARE proteins  hinder NT release (fusion 이 안되서 방출 못해)

Depletion of NT: black widow spider venom

: forming a membrane pore of presynaptic membrane allowing

entry of calcium  rapid release of NT  depletion

 

 

black widow spider venom

이 글은 스프링노트에서 작성되었습니다.

  One Response to “2009-1 신경생물학(오영준), 090506 수업요약 Chapter 5”

  1. I have noticed you don’t monetize your page, don’t waste your traffic, you can earn additional cash
    every month because you’ve got hi quality content.
    If you want to know how to make extra $$$, search
    for: Ercannou’s essential adsense alternative

 Leave a Reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>