신경과학에 관한 주제: 신경전달물질 1

1. 신경전달물질

1) 설명

일반 사람의 뇌는 규칙적인 화학적 반응들이 집합을 필요로 한다. 앞에서 보았듯이 뇌의 가장 중요한 화학 반응들 중 어느 정도는 시냅스 전달에 연관되어 있다. 신경전달물질계는 신경전달물질들로 시작한다. 우리는 주요 신경전달물질의 종류 "아미노산, 아민, 타이드"를 기억해둬야 한다. 알려진 신경전달물질들의 부분적인 목록을 보더라도 거기에는 20개 이상의 분자들이 있다. 이런 각각 분자들은 하나의 특정 전달물질 체계로 정의될 수 있다. 분자들뿐만 아니라 신경전달물질계에는 전달물질 합성, 소포의 포장, 재흡수 그리고 분해에 관련된 모든 분자적 장치와 전달물질의 작용을 포함하고 있다. 1920년대 오토 뢰비에 의해 신경전달물질로 처음 밝혀진 분자는 아세틸콜린(ACh)이다. 아세틸콜린을 생산하고 분비하는 세포들을 설명하기 위해 영국의 약리학자 헨리 데일은 콜린성(cholinergic)이란 용어를 썼다. 데일은 아민 전달물질인 노르에피네프린(NE)을 사용하는 뉴런들에 대해 노르아드레날린성(noradrenergic)이란 용어를 사용했다.(노르에피네프린 = 노르아드레날린) 'ergic'이란 접미사를 사용하는 관례는 새로운 전달물질이 밝혀질 때마다 계속된다. 오늘날 글루타메이트를 전달물질로 사용하면 글루타메이트성(glutamatergic) 시냅스, 감마아미노 낙산(GABA)를 사용하면 감마아미노 낙산성(GABAergic) 시냅스, 펩타이드를 사용하면 펩타이드성(peptidergic) 시냅스 등으로 부른다. 또한 이런 형용사는 다양한 신경전달물질 체계를 확인하는데 사용하곤 한다. 이런 용어들을 이용하여 신경전달물질계에 대한 설명을 시작한다.

나. 신경전달물질 화학

신경전달물질은 기본 화학물질과 비슷하거나 동일하고, 박테리아에서부터 기린에 이르기까지 모든 종의 세포에서 대사되는 물질은 동일하다. 단백질의 구성단위인 아미노산은 생명에 필수적이다. 그리고 잘 알려진 신경전달물질 분자의 대부분은 아미노산이거나 아미노산으로 유래된 아미 혹은 펩타이드 이다. 아미노산과 아민 전달물질은 일반적으로 다른 뉴런들의 집합에서 분비되고 저장된다. 데일에 의해 만들어진 관례는 신경전달물질에 의해 뉴런들은 상호 배타적인 그룹으로 나눈다. 뉴런이 오직 하나의 신경전달물질을 가지고 있다는 생각은 종종 데일의 원리(Dale's principle)이라고 불린다. 많은 펩타이드를 가지고 있는 뉴런들은 하나 이상의 신경전달물질 즉, 아미노산 또는 아민과 펩타이드를 분비하기 때문에 데일의 원리를 위배한다. 두개 또는 그 이상의 전달물질이 하나의 뉴런 말단으로부터 분비될 때, 이를 공동전달물질(co-transmitters)이라 한다. 두 개의 작은 전달물질을 분비하는 뉴런을 포함하여 공동전달물질을 가지고 있는 몇몇 뉴런들의 많은 예들이 최근 밝혀지고 있다. 그런데도 대부분의 뉴런들은 오직 하나의 아미노산이나 아민을 분비하는 것처럼 보이고, 이는 서로 다르고 겹치지 않는 그을 각자 지정된다.

다. 콜린성 뉴런

아세틸콜린(ACh)은 신경근 접합부에서 작용하는 신경전달물질이다. 그러므로 척수와 뇌간에 있는 모든 운동뉴런에서 합성된다. 다른 콜린성 세포들은 말초신경계와 중추신경계에 있는 특정 회로의 작용에 영향을 준다. 아세틸콜린의 합성에는 특정 효소인 콜린 아세틸전이효소(choline acetyltransferase; ChAT)가 필요하다. 모든 시냅스전 단백질과 거의 마찬가지고, 콜린 아세틸전이효소는 세포체(soma)에서 만들어지고 축삭말단으로 운반된다. 오직 콜린성 뉴런만이 콜린 아세틸 전이효소를 가지기 때문에 아세틸콜린을 신경전달물질로 사용하는 세포에 대한 좋은 표지가 된다. 콜린 아세틸 전이효소는 축삭말단의 세포질에서 아세틸콜린을 합성한다. 그리고 신경전달물질은 소낭 아세틸콜린 운반체(transporter)의 작용에 의해 시냅스 소포 안에 농축된다. 콜린 아세틸 전이효소는 아세틸조효소 A로부터 아세틸기를 콜린에 전달한다. 콜린의 근원은 세포 밖 체액이고 그곳에서 마이크로몰 농도로 낮게 존재한다.

콜린은 콜린성 축삭말단에 콜린 운반의 원동력을 제공하는 Na+와 공동으로 흡수된다. 축삭말단에서 아세틸콜린 합성은 코린의 접근성에 제한이 되어 있기 때문에 뉴런으로의 콜린의 수송은 아세틸콜린 합성과정에서 반응율제한단계(rate-limiting step)이라고 부른다. 특정 질병에서 콜린성 시냅스 전달에서의 장애가 보고되었기 때문에 때때로 뇌에서 아세틸콜린의 양을 늘리기 위해서 콜린을 식이보조제로 처방한다. 콜린성 뉴런의 또한 아세틸콜린 분해효소인 아세틸콜린 가수분해효소(acetylcholin esterase; AChE)도 만들어진다. 아세틸콜린 가수해효소는 시냅스 간극 안으로 분비되어 콜린성 축삭말단의 막과 결합한다. 그러나 아세틸콜린 가수분해효소는 콜린성 뉴런이 아닌 다른 뉴런에서 만들어지기 때문에 이런 효소는 콜린 아세틸 전이효소처럼 콜린성 시냅스에 대한 유용한 표지가 되기는 어렵다. 아세틸콜린 가수분해효소는 아세틸콜린을 콜린과 아세트산으로 분해한다.