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18.11:

μ‹œλƒ…μŠ€

JoVE Core
Biology
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JoVE Core Biology
The Synapse

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[λ‚΄λ ˆμ΄ν„°] μ‹ κ²½κ³„μ˜ μ„Έν¬λŠ” 기본적인 신체 κΈ°λŠ₯뢀터감각적 μžκ·Ήμ— 이λ₯΄κΈ°κΉŒμ§€ λŠμž„μ—†μ΄ 정보λ₯Ό λ°›μ•„λ“€μ΄κ³ λ˜ μ „λ‹¬ν•©λ‹ˆλ‹€.신경세포(neurons)λŠ” ν™œλ™μž μž¬λ ₯(action potentials)이라고 λΆˆλ¦¬λŠ”μ „κΈ°μ‹ ν˜Έμ™€ 정보λ₯Ό μ£Όκ³  λ°›μŠ΅λ‹ˆλ‹€.μ΄λŸ¬ν•œ ν™œλ™μž μž¬λ ₯은 μ„Έν¬μ²΄μ—μ„œ μœ λž˜ν•˜μ—¬μΆ•μƒ‰ 돌기(axon)λ₯Ό 따라 좕색 ν„°λ―Έλ„λ‘œ μ΄λ™ν•˜μ—¬λ‹€μŒ μ„Έν¬λ‘œ μ „λ‹¬λ©λ‹ˆλ‹€.두 개의 신경세포가 λ§Œλ‚˜λŠ” 지점을 μ‹œλƒ…μŠ€(synapse)λΌκ³ ν•©λ‹ˆλ‹€.μ „κΈ° μ‹œλƒ…μŠ€λŠ” κ°­(gap) 접합을 μ‚¬μš©ν•˜μ—¬μ„Έν¬λ“€ μ‚¬μ΄μ˜ 직접적인 톡신을 κ°€λŠ₯μΌ€ν•˜λ©°,λΉ λ₯Έ ν™œλ™μ„ μΌμœΌν‚€λŠ”λ° μΌμ‘°ν•©λ‹ˆλ‹€.κ·ΈλŸ¬λ‚˜ λŒ€λΆ€λΆ„μ˜ μ‹œλƒ…μŠ€λŠ” 물리적 곡간인 μ‹œλƒ…μŠ€ ν‹ˆμƒˆ(cleft)λ₯Ό ν¬ν•¨ν•˜κ³  μžˆλŠ”ν™”ν•™μ  μ‹œλƒ…μŠ€μž…λ‹ˆλ‹€.μ‹œλƒ…μŠ€ ν‹ˆμƒˆλŠ” μ‹œλƒ…μŠ€ μ „ 세포(presynaptic cell)둜 μ•Œλ €μ§„, μ‹ ν˜Έλ₯Ό λ³΄λ‚΄λŠ” μ‹ κ²½μ„Έν¬μ™€μ‹œλƒ…μŠ€ ν›„ 세포(postsynaptic cell)라고 ν•˜λŠ” 신경세포 사이에 μ‘΄μž¬ν•˜κ³  있죠.ν™œλ™ 잠재λ ₯(action potential)은 μ‹œλƒ…μŠ€ ν‹ˆμƒˆλ₯Ό κ°€λ‘œ 질러 μ—¬ν–‰ ν•  수 μ—†μŠ΅λ‹ˆλ‹€.κ·Έλž˜μ„œ μ‹ κ²½μ„Έν¬λŠ” μ‹œλƒ…μŠ€μ—μ„œμ „κΈ° μ‹ ν˜Έλ₯Ό ν™”ν•™ μ‹ ν˜Έλ‘œ λ³€ν™˜ν•©λ‹ˆλ‹€.이것은 μ‹ κ²½μ „λ‹¬λ¬Όμ§ˆ(neurotransmitter)이라고 ν•˜λŠ”λΆ„μžμ˜ λ°©μΆœμ— μ˜ν•΄ μ΄λ£¨μ–΄μ§‘λ‹ˆλ‹€.μ‹ κ²½μ „λ‹¬λ¬Όμ§ˆλ‘œλŠ” ν₯λΆ„μ„± κΈ€λ£¨νƒ€λ©”μ΄νŠΈ(glutamate)λ‚˜μ–΅μ œμ„± GABA 같은, μ‹œλƒ…μŠ€ ν›„ 세포에 μ—¬λŸ¬ λ‹€λ₯Έ 영ν–₯을 λΌμΉ˜λŠ”λ§Žμ€ μ‹ κ²½μ „λ‹¬λ¬Όμ§ˆμ΄ μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€.ν™œλ™μž μž¬λ ₯이 μ‹œλƒ…μŠ€ μ „(presynaptic) 터미널에 λ„λ‹¬ν•˜λ©΄,μ‹œλƒ…μŠ€ μ „(presynaptic) 막에 전압이 흐λ₯΄λŠ” 문이 열리고 칼슘 채널이 ν˜•μ„±λ©λ‹ˆλ‹€.μΉΌμŠ˜μ€ μ„Έν¬λ‘œ λŒμ§„ν•˜κ²Œ 되죠.κ·ΈλŸ¬λ©΄μ„œ μ†Œν¬(vesicles)κ°€ 막과 μœ΅ν•©ν•˜κ²Œ λ˜κ³ μ‹œλƒ…μŠ€ ν‹ˆμƒˆλ‘œ μ‹ κ²½μ „λ‹¬λ¬Όμ§ˆμ΄ λ°©μΆœν•˜κ²Œ λ˜λŠ” κ²λ‹ˆλ‹€.이듀은 이제 μ‹œλƒ…μŠ€ ν›„ 세포(postsynaptice cell)의 μˆ˜μš©μ²΄μ—κ²°ν•© ν•  수 있게 λ©λ‹ˆλ‹€.수용체둜 μ‹ κ²½μ „λ‹¬λ¬Όμ§ˆμ΄ κ²°ν•©λ˜μ–΄μ‹œλƒ…μŠ€ ν›„(postsynaptic) λ§‰μ˜ 잠재λ ₯μ„μ¦κ°€μ‹œν‚€κ±°λ‚˜ κ°μ†Œμ‹œμΌœ,μ‹œλƒ…μŠ€ ν›„ μ„Έν¬μ—μ„œ μ‹œμž‘λ˜λŠ”ν™œλ™μž μž¬λ ₯을 λ³€ν™”μ‹œν‚΅λ‹ˆλ‹€.μ‹ κ²½μ„Έν¬λŠ” 수천개의 μ‹œλƒ…μŠ€λ₯Ό κ°€μ§ˆ 수 μžˆμœΌλ©°λ§Žμ€ μ„Έν¬λ‘œλΆ€ν„° 정보λ₯Ό μˆ˜μ‹ ν•©λ‹ˆλ‹€.이 μ‹ ν˜ΈλŠ” μ‹œλƒ…μŠ€ ν›„ μ‹ κ²½ μ„Έν¬μ˜ μ†Œλ§ˆ(soma)에 κ²°ν•©λ˜μ–΄μ„Έν¬κ°€ λ©”μ‹œμ§€λ₯Ό 전달할지 μ—¬λΆ€λ₯Ό κ²°μ •ν•©λ‹ˆλ‹€.μ‹œλƒ…μŠ€ ν›„ μˆ˜μš©μ²΄μ— μž μ‹œ κ²°ν•©ν•œ ν›„,μ‹ κ²½μ „λ‹¬λ¬Όμ§ˆμ€ λΆ„μ‚°λ˜κ±°λ‚˜ λΆ„ν•΄λ˜κ±°λ‚˜μž¬μˆœν™˜λ  수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€.μ‹œλƒ…μŠ€ μ „ μ„Έν¬μ—μ„œ 재흑수된 λ‹¨λ°±μ§ˆλ‘œ 인해쒅쒅 μ‹ κ²½μ „λ‹¬λ¬Όμ§ˆμ΄ μž¬μˆœν™˜λ˜κ²Œ λ©λ‹ˆλ‹€.μ‹œλƒ…μŠ€μ—μ„œ μ‹ κ²½μ „λ‹¬λ¬Όμ§ˆμ΄ 방좜되고 κ²°ν•©λ˜λŠ” κ²ƒμœΌλ‘œ μΈν•΄ν™œλ™μž μž¬λ ₯의 μ „κΈ° μ‹ ν˜Έκ°€ μΈμ ‘ν•œ λ‰΄λŸ°μ— μ „λ‹¬λ˜κ²Œ λ©λ‹ˆλ‹€.이런 닀쀑 단계 과정이 신경세포 κΈ°λŠ₯λ©΄μ—μ„œ 맀우 μ€‘μš”ν•œ κ³Όμ •μž…λ‹ˆλ‹€.

18.11:

μ‹œλƒ…μŠ€

λ‰΄λŸ°(neuron)은 λ‹€λ₯Έ λ‰΄λŸ°μ— μ „κΈ° μ‹ ν˜Έλ₯Ό μ „λ‹¬ν•¨μœΌλ‘œμ¨ μ„œλ‘œ μ˜μ‚¬μ†Œν†΅μ„ ν•©λ‹ˆλ‹€. μ‹œλƒ…μŠ€(synapse)λŠ” 두 λ‰΄λŸ°μ΄ λ§Œλ‚˜ μ‹ ν˜Έλ₯Ό κ΅ν™˜ν•˜λŠ” κ³³μž…λ‹ˆλ‹€. μ‹œλƒ…μŠ€λ‘œλΆ€ν„° μ‹ ν˜Έλ₯Ό λ³΄λ‚΄λŠ” λ‰΄λŸ°μ„ μ‹œλƒ…μŠ€μ „(presynaptic) 세포라고 λΆ€λ₯΄κ³  μ‹ ν˜Έλ₯Ό λ°›λŠ” λ‰΄λŸ°μ„ μ‹œλƒ…μŠ€ν›„(postsynaptic) 세포라고 ν•©λ‹ˆλ‹€. λŒ€λΆ€λΆ„μ˜ λ‰΄λŸ°μ€ 정보λ₯Ό μ „μ†‘ν•˜κ³  μˆ˜μ‹ ν•˜κΈ° λ•Œλ¬Έμ— μ‹œλƒ…μŠ€ 전후에 μžˆμ„ 수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€.

전기적 μ‹œλƒ…μŠ€(electrical synapse)λŠ” μ‹œλƒ…μŠ€μ „ 세포와 μ‹œλƒ…μŠ€ν›„ 세포가 κ°„κ·Ήμ—°μ ‘(gap junction)이라고 λΆˆλ¦¬λŠ” λ‹¨λ°±μ§ˆμ— μ˜ν•΄ 물리적으둜 κ²°ν•©λ˜λŠ” μ‹œλƒ…μŠ€μ˜ ν•œ μ’…λ₯˜μž…λ‹ˆλ‹€. 이λ₯Ό 톡해 μ „κΈ° μ‹ ν˜Έκ°€ μ‹œλƒ…μŠ€ν›„ μ„Έν¬λ‘œ 직접 전솑될 수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€. μ΄λŸ¬ν•œ μ‹œλƒ…μŠ€μ˜ ν•œ 가지 νŠΉμ§•μ€ μ „κΈ° μ‹ ν˜Έλ₯Ό 맀우 λΉ λ₯΄κ²Œ(λ•Œλ‘œλŠ” λ°€λ¦¬μ΄ˆ λ‹¨μœ„λ‘œ) 전솑할 수 있으며 μ—λ„ˆμ§€ μž…λ ₯은 ν•„μš”ν•˜μ§€ μ•Šλ‹€λŠ” κ²ƒμž…λ‹ˆλ‹€. 이것은 μ’…μ’… νƒˆμΆœ ν–‰λ™μ˜ 일뢀인 νšŒλ‘œμ—μ„œ μœ μš©ν•©λ‹ˆλ‹€. 예λ₯Ό λ“€μ–΄, ν¬μ‹μžμ˜ 감각과 μš΄λ™ λ°˜μ‘μ˜ ν™œμ„±ν™”λ₯Ό κ²°ν•©μ‹œν‚€λŠ” κ°€μž¬μ—μ„œ λ°œκ²¬λ©λ‹ˆλ‹€.

화학적 μ‹œλƒ…μŠ€(chemical synapse)μ—μ„œμ˜ 전솑은 단계적인 κ³Όμ •μž…λ‹ˆλ‹€. ν™œλ™μ „μœ„(action potential)κ°€ μΆ•μ‚­ 말단(axon terminal)에 λ„λ‹¬ν•˜λ©΄ μ „μœ„μ˜μ‘΄μ„± 칼슘 이온 채널(voltage-gated calcium ion channel)이 열리고 칼슘 μ΄μ˜¨μ„ μœ μž…ν•  수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€. 이 μ΄μ˜¨μ€ μ‹ κ²½μ „λ‹¬λ¬Όμ§ˆ(neurotransmitter)을 ν¬ν•¨ν•˜λŠ” μ†Œν¬(vesicle)와 μ„Έν¬λ§‰μ˜ μœ΅ν•©μ„ μ΄‰λ°œν•΄ μ‹ κ²½μ „λ‹¬λ¬Όμ§ˆμ„ μ‹œλƒ…μŠ€ ꡬ순(synaptic cleft)이라고 λΆˆλ¦¬λŠ” 두 λ‰΄λŸ° μ‚¬μ΄μ˜ μž‘μ€ κ³΅κ°„μœΌλ‘œ λ°©μΆœμ‹œν‚΅λ‹ˆλ‹€. 글루탐산(glutamate; κΈ€λ£¨νƒ€λ©”μ΄νŠΈ), GABA, λ„νŒŒλ―Ό(dopamine), μ„Έλ‘œν† λ‹Œ(serotonin) λ“± μ΄λŸ¬ν•œ μ‹ κ²½μ „λ‹¬λ¬Όμ§ˆμ€ μ‹œλƒ…μŠ€ν›„ μ„Έν¬λ§‰μ˜ νŠΉμ • 수용체(receptor)에 κ²°ν•©ν•  수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€. μˆ˜μš©μ²΄μ— κ²°ν•© ν›„, μ‹ κ²½μ „λ‹¬λ¬Όμ§ˆμ€ μž¬ν™œμš©λ˜κ±°λ‚˜ λΆ„ν•΄λ˜κ±°λ‚˜ μ‹œλƒ…μŠ€ κ΅¬μˆœμ—μ„œ 멀어지며 ν™•μ‚°ν•  수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€.

화학적 μ‹œλƒ…μŠ€λŠ” 주둜 μΈκ°„μ˜ λ‡Œμ— 많이 있으며, μ‹ κ²½μ „λ‹¬λ¬Όμ§ˆ 방좜과 κ΄€λ ¨λœ μ§€μ—°μœΌλ‘œ 인해 전기적 μ‹œλƒ…μŠ€λ³΄λ‹€ μœ λ¦¬ν•©λ‹ˆλ‹€. 첫째, λͺ‡ 개 λ˜λŠ” μ—¬λŸ¬ 개의 μ†Œν¬κ°€ λ°©μΆœλ˜μ–΄ λ‹€μ–‘ν•œ μ‹œλƒ…μŠ€ν›„ λ°˜μ‘μ΄ λ‚˜νƒ€λ‚  수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€. λ‘˜μ§Έ, μ„œλ‘œ λ‹€λ₯Έ μˆ˜μš©μ²΄μ— κ²°ν•©ν•˜λŠ” 것은 μ‹œλƒ…μŠ€ν›„ μ„Έν¬μ—μ„œ λ§‰μ „μœ„(membrane potential)λ₯Ό μ¦κ°€μ‹œν‚€κ±°λ‚˜ κ°μ†Œμ‹œν‚¬ 수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€. λ˜ν•œ, μ‹œλƒ…μŠ€ κ΅¬μˆœκ΅¬κ°„ λ‚΄ μ‹ κ²½μ „λ‹¬λ¬Όμ§ˆμ˜ κ°€μš©μ„±μ€ μž¬ν™œμš©κ³Ό 확산에 μ˜ν•΄ μ‘°μ ˆλ©λ‹ˆλ‹€. μ΄λŸ¬ν•œ λ°©μ‹μœΌλ‘œ 화학적 μ‹œλƒ…μŠ€λŠ” κ³ λ„λ‘œ 쑰절되고 λ―Έμ„Έ 쑰정될 수 μžˆλŠ” μ‹ κ²½ μ‹ ν˜Έλ₯Ό μ „λ‹¬ν•©λ‹ˆλ‹€.

Suggested Reading

Xu-Friedman, Matthew A. “Measuring the Basic Physiological Properties of Synapses.” Cold Spring Harbor Protocols 2017, no. 1 (January 1, 2017): pdb.top089680. [Source]

Sheng, Morgan, and Eunjoon Kim. “The Postsynaptic Organization of Synapses.” Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 3, no. 12 (December 1, 2011): a005678. [Source]