5.4: 콜린성 뉴런: 신경전달

콜린성 신경전달은 시냅스를 통해 신경 자극을 전달하기 위해 아세틸콜린(ACh)의 합성과 방출을 포함합니다. 이 과정은 미토콘드리아의 ATP, 아세테이트 및 조효소 A로부터 ACh의 전구체인 아세틸 CoA의 합성으로 시작됩니다. 또 다른 중요한 전구체인 콜린은 친화도가 높은 콜린 전달체 CHT1, 친화도가 낮은 콜린 전달체 CTL1, 친화도가 낮은 콜린 전달체 OCT2 등 콜린 전달체를 통해 뉴런 내부로 전달됩니다.

뉴런 내부로 들어가면 콜린과 아세틸 CoA는 콜린 아세틸트랜스퍼라제(ChAT)라는 효소에 의해 촉매되는 반응을 거쳐 ACh를 형성합니다. 합성된 ACh는 소포 관련 운반체(VAT)의 도움으로 시냅스 소포에 적극적으로 운반되고 저장됩니다. 전기 자극이 축삭 말단에 도달하면 뉴런 내에서 Ca²⁺ 유입이 발생합니다. Ca2+는 소포 관련 막 단백질(VAMP)과 관련된 칼슘 결합 부위인 시냅토타민에 결합합니다. 이러한 결합은 소포막과 말단막의 융합을 촉발하고 소포의 내용물이 시냅스 틈으로 빠르게 세포외유출되는 것을 촉진합니다. 시냅스 틈에서 ACh는 콜린성 수용체, 즉 무스카린성 수용체와 니코틴성 수용체에 결합하여 이를 활성화합니다.

ACh의 작용은 아세틸콜린에스테라제라는 효소에 의해 아세테이트와 콜린으로 빠르게 가수분해되기 때문에 수명이 짧습니다. 콜린은 뉴런의 콜린 수송체에 의해 재활용되어 흡수되어 아세틸 CoA와 또 다른 반응을 겪습니다. 혈장, 간, 장 및 기타 조직에서 발견되는 또 다른 효소인 부티릴콜린에스테라아제 또는 슈도콜린에스테라아제도 ACh를 천천히 가수분해합니다. 

콜린성 뉴런은 콜린과 아세틸-CoA로부터 신경 전달을 위해 아세틸콜린을 합성합니다.

아세틸-CoA는 산화 및 탈카르복실화 반응에 의해 미토콘드리아에서 합성되는 반면, 콜린은 콜린 수송체를 통해 시냅스전 뉴런 내에서 운반됩니다.

뉴런 내에서 효소 ChAT는 콜린의 아세틸화를 촉매하여 아세틸콜린을 생성합니다. 다음으로, VAT는 아세틸콜린을 세포질에서 시냅스 소포로 운반하여 저장합니다.

전기 충격이 도착하면 Ca²⁺는 전압 의존성 칼슘 채널을 통해 뉴런으로 들어갑니다. 이것은 아세틸콜린의 엑소사이토시스를 유발합니다.

방출된 아세틸콜린은 니코틴 수용체 또는 무스카린 수용체와 같은 시냅스후 수용체에 결합합니다. 이것은 시냅스후 반응을 시작합니다.

마지막으로, 효소 AChE는 아세틸콜린을 콜린과 아세테이트로 가수분해합니다.

특히, 특정 유기인산염은 AChE를 비가역적으로 차단하고 아세틸콜린의 분해를 억제할 수 있습니다.