NMDA 수용체

[ NMDA receptor ]

신경세포 흥분성 시냅스(Excitatory synapse)의 시냅스후 막(Postsynaptic membrane)에 존재하는 이온성 글루탐산 수용체(Ionotropic glutamate receptor)의 일종으로 칼슘에 의한 세포신호(Cell signaling) 및 시냅스 가소성(Synaptic plasticity) 조절에 중요한 역할을 한다.

신경세포 흥분성 시냅스에서는 시냅스전(Presynapse)으로부터 글루탐산 신경전달물질(Neurotransmitter)이 시냅스틈(Synaptic cleft)으로 방출되고, 시냅스틈의 글루탐산이 시냅스후 막에 존재하는 글루탐산 수용체에 결합함으로써 신경전달(Synaptic transmission)이 일어난다. NMDA 수용체는 시냅스후 막에 존재하는 이온성 글루탐산 수용체의 일종으로, 글루탐산과 결합 시에 나트륨, 칼슘은 신경세포 안으로 들어오고, 칼륨은 신경세포 밖으로 나가는 이온통로로 기능한다. 다만, 평상시에 마그네슘, 아연 등의 이온이 NMDA 수용체와 결합하여 양이온이 통과하지 못하도록 막고 있기 때문에, 글루탐산의 결합뿐 아니라, 신경세포의 탈분극(Depolarization)이 일어나 마그네슘과 아연이 떨어져 나온 후에 비로소 양이온의 통과가 가능해진다. NMDA 수용체를 통해 신경세포 안으로 들어온 칼슘은 다양한 세포신호에 영향을 미치며 시냅스 가소성 조절에 중요한 역할을 한다.

그림 1. 신경세포 흥분성 시냅스의 NMDA 수용체. 시냅스후 막에서 글루탐산과 결합시에 나트륨, 칼슘, 칼륨에 대한 이온통로로 작용하며, 시냅스 가소성 조절에 관여한다. (출처: 한국분자·세포생물학회)

NMDA 수용체는 GluN1, GluN2, GluN3의 단백질 소단위체(Protein subunit)가 결합하여 4합체(Tetramer)를 형성하여 만들어진다. GluN2에는 다시 GluN2A, GluN2B, GluN2C, GluN2D의 4종류가 존재하며, GluN3에는 GluN3A, GluN3B 2 종류가 존재한다. 따라서 총 7종류의 GluN 소단위체가 존재한다. 하나의 NMDA 수용체 4합체 형성을 위해서는, 필수적으로 2개의 GluN1 소단위체가 포함되며, 나머지 2개의 소단위체는 GluN2, GluN3의 소단위체로 다양하게 구성될 수 있다. NMDA 수용체 4합체가 어떠한 소단위체의 조합으로 구성되는가에 따라 NMDA 수용체의 특성이 달라지기도 한다.

구조적으로 NMDA 수용체는 시냅스후 막 바깥쪽에 글루탐산 및 글리신(Glycine) 등의 리간드(Ligand)와 결합할 수 있는 단백질 도메인(Protein domain)을 갖고 있으며, 이어서 시냅스후 막을 통과하는 막횡단 도메인(Transmembrane domain), 그리고 시냅스후 막 안쪽으로 세포질 도메인(Cytoplasmic domain)을 갖는다. NMDA 수용체는 세포질 도메인을 통해 시냅스 후 내부의 인산화효소(Kinase) 등의 다양한 단백질과 결합하여 세포신호 조절에 관여한다.

NMDA 수용체는 글루탐산에 의해 채널의 개폐가 조절되는 리간드개폐성 이온통로(Ligand-gated ion channel)일 뿐 아니라, 막전위(Membrane potential)에 의해 개폐가 조절되는 전압개폐성 이온통로(Voltage-gated ion channel)이다. 이는 마그네슘과 아연이 NMDA 수용체의 이온통로를 막고 있어, 단순히 글루탐산의 결합만으로는 이온통로가 열리지 않기 때문이다. 시냅스전에서 분비된 글루탐산이 AMPA 수용체의 이온통로를 열어 나트륨 등의 양이온이 시냅스후 신경세포 내부로 들어오고, 이후에 시냅스후에서 탈분극이 일어나 막전위가 상승하면, NMDA 수용체의 이온통로를 막고 있던 마그네슘과 아연이 떨어져 나오고 비로서 NMDA 수용체를 통해 칼슘, 나트륨 등의 양이온이 통과하게 된다.

그림 2. NMDA 수용체의 작용 기전. 글루탐산 결합 뿐 아니라, AMPA 수용체의 활성화를 통한 시냅스후 탈분극 과정이 일어나야 NMDA 수용체의 이온통로가 열린다. (출처: 한국분자·세포생물학회)

NMDA 수용체의 기능

NMDA 수용체를 통해 신경세포 안으로 들어온 칼슘은 다양한 종류의 세포신호를 조절한다. 이러한 세포신호는 특정 인산화효소(Kinase) 또는 인산가수분해효소(Phosphatase)를 통해 AMPA 수용체의 세포외배출(Exocytosis) 및 세포내섭취(Endocytosis) 과정에 영향을 주어 시냅스후 막 표면에 존재하는 AMPA 수용체의 수를 조절한다. 시냅스후 막 표면에 존재하는 AMPA 수용체의 수는 시냅스 신경전달의 강도(Strength)를 결정하는 중요한 요소로서, 이러한 조절 과정은 시냅스 가소성의 핵심 기전이다.

NMDA 수용체의 과자극(Overstimulation)은 세포신호를 통해 흥분독성(Excitotoxicity)을 유발하여 신경세포의 사멸(Cell death)로 이어지기도 하며, 이는 치매(Alzheimer’s disease) 및 헌팅턴병(Huntington’s disease) 등의 신경퇴행성 장애(Neurodegenerative disorder)를 매개하는 중요한 기전으로 알려져 있다.

참고문헌

1. Neuroscience : exploring the brain (Bear, Connors, Paradiso저, 4판, Wolters Kluwer).

NMDA 수용체

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목차

NMDA 수용체의 구조

NMDA 수용체의 기능

관련용어

참고문헌