바이오인

시냅스 신경과학 최근 연구동향

◈ 목차

1. 서론

 1.1. 기억저장소

 1.2. 가소성

 1.3. 비신경세포

 1.4. 접합단백질

2. 본론

 2.1. 시냅스와 알츠하이머병

 2.2. 시냅스와 파킨슨병

 2.3. 시냅스와 조현병

 2.4. 시냅스와 자폐증

3. 결론

4. 맺음말

5. 참고문헌

◈본문

1. 서론

뇌에 존재하는 약 860억 개의 신경들은 직간접적 연결을 통해 네트워크를 구성하고, 이를 통해 각 기능에서 요구되는 신경정보를 처리 및 전달한다. 신경 네트워크를 구성하는 세부 신경회로들은 단일 신경들의 연결(시냅스)에 의해 구성되며, 대략 1000조에 이르는 시냅스 연결에 의해 구성되는 것으로 알려져 있다 [1]. 신경신호는 신경 내외부에 존재하는 이온들(sodium, potassium, chloride and calcium)의 차이에 기반한 대사작용에 의해 유발되며, 발생된 신경신호(action potential, 활성 전위)는 시냅스 간극(synapse cleft)을 통해 연결된 다른 신경들로 전달된다(synaptic connection, 시냅스 연결). 연결 부위에 따라 다양한 연결 형태가 존재하나, 일반적으로 axon-dendrite 시냅스 연결의 형태가 주를 이루며 휴지기에는 초당 5-50번 정도의 펄스 형태의 신경신호를 발생시키는 것으로 알려져 있다 [1]. 축삭 종말(axon terminal) 내에 위치한 수천 개의 시냅스 소낭(vesicle)은 신경전달물질(neurotransmitter)이라는 화학적 메신저를 이용하여 신경신호의 전달, 증폭 및 변형을 구현한다. 주요 신경전달물질로는 글루타민(aminam acids glutamate)과 GABA (gamma-Aminobutyric acid)가 있으며, 이외에도 주요 신경전달물질들에는 아세틸콜린(acetylcholine), 도파민(dopamine), 아드레날린(adrenaline), 히스타민(histamine), 세로토닌(serotonin), 멜라토닌(melatonin) 등이 있다. 단일 신경에 대한 자극은 이러한 신경전달물질의 세포 간 이동을 유발하고 지속적인 신경정보의 처리와 이동을 유도하며, 시냅스를 통한 신경 세포 사이의 전기화학적 신호의 이동은 뇌 기능 수행에 있어 근원적인 역할을 한다. 이러한 기전으로 인해, 시냅스 관련 연구는 기억 저장소 및 시냅스 가소성, 비신경세포 기반의 세포의 흥분 조절, 그리고 시냅스 접착단백질의 역할 등과 관련된 연구가 진행되고 있으며, 도출된 결과들은 뇌질환과 연계된 시냅스 연구로 확산되는 추세에 있다.

1.1. 기억저장소

기억과 이를 바탕으로 한 학습능력은 주위 환경에 적응하고 생존하는 데 있어 중요한 뇌 기능으로서 관련 신경정보가 저장되는 장소로서 시냅스는 지난 수십 년 동안 그 가능성이 제기되어왔으나 [2], 직접적인 실험에 근거한 기억저장소로서의 시냅스는 최근 연구결과를 통해 증명되었다[3]. 다수의 연구에 따르면, 기억저장 세포(engram cell)는 다양한 뇌 영역에 존재하며 이들 세포의증가된 활동성을 통해 저장된 기억을 회수하게 된다 [4-6]. 따라서, 연결된 뇌 영역에서 기억저장 세포들 간의 시냅스가 기억 형성의 과정에서 강화된다는 사실에 대한 증명을 통해 기존 학설에 머물고 있던 기억저장소로서의 시냅스에 대한 증명이 가능했다 [3]. 이를 위해 전시냅스(presynaptic)에서 기인하는 수천 개의 시냅스 중 기억저장 세포에서 기인한 시냅스와 그 이외의 시냅스에 대한 구분이 전제되어야 하며, 이를 구분하는 기술이 제시되었다. 기존 그래스프(GRASP) 기술 [7, 8]을 개선한 듀얼-이그래스프(dual-eGRASP) 기술은 재형성된 녹색 형광 단백질(green fluorescent protein)의 유전자를 신경세포에 주입하고 세포의 활성화에 따른 선택적 발광을 일으킴으로써 목표로 하는 시냅스를 확인하는 방법이다 [3]. 연구는 학설로 존재하던 기억저장소로서의 시냅스를 실험으로 증명함과 동시에, 기억 병합 및 상실과 관련된 연구들로 발전되는 계기를 마련하였다 [9, 10].

전시냅스의 전달물질의 증가(A, 위), 후시냅스에서의 민감도 증가 혹은 세포막 크기의 증가(A, 중), 전후시냅스에서의 전달물질 및 민감도, 세포막 크기의 증가(A, 아래). 기존 axon에 새로운 interneuron의 연결로 인한 전달물질의 증가(B). 기존 axon에서의 새로운 axon의 생성 및 후시냅스의 생성(C).

...................(계속)

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