수상돌기가시

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[ Dendritic spine ]

수상돌기 가시는 신경세포(Neuron) 수상돌기(Dendrite) 표면에 작게 돌출된 구조로써, 흥분성 시냅스(Excitatory synapse)의 시냅스후(Postsynapse) 구조로 기능한다.

수상돌기 가시는 신경세포 수상돌기 표면에 존재하는 0.5-2 μm 길이의 작은 돌출 구조로써, 흥분성 시냅스의 시냅스후로 기능한다. 신경세포에 존재하는 수상돌기 가시의 개수 및 크기와 형태는 매우 다양하며, 신경세포의 발달과정 및 개별 시냅스의 활성 정도에 따라 변화한다. 수상돌기 가시 표면에는 시냅스후의 기능에 필요한 다양한 신경전달물질 수용체(Neurotransmitter receptor)가 위치하며, 내부에는 분자신호전달 및 수상돌기 가시 구조 조절 필요한 수백종류의 다양한 단백질들이 존재한다.

그림 1. 신경세포 수상돌기 표면에 돌출된 구조인 수상돌기 가시 모식도. (출처: 한국분자·세포생물학회)

중요하게도, 수상돌기 가시의 형태는 고정된 것이 아니며, 신경세포의 발달과정 및 수상돌기 가시가 형성하고 있는 시냅스의 활성에 정도에 따라 변화한다. 일반적으로 시냅스의 활성이 강해지면, 머리의 크기가 커지며, 반대로 활성이 약해지면 머리가 작아지고 심지어 수상돌기 가시 자체가 사라지기도 한다. 즉, 수상돌기 가시의 형태는 시냅스의 활성 정도를 나타내는 매우 중요한 지표이다. 또한, 개별 수상돌기 가시는 각각의 독립된 시냅스를 형성하므로, 하나의 수상돌기 표면에도 매우 다양한 형태의 수상돌기 가시가 존재할 수 있다.

하나의 신경세포에 존재하는 수상돌기 가시의 개수 또한 발달과정 및 시냅스의 활성 정도에 따라 변화하며, 일반적으로 신경세포 하나는 수천에서 수만개 수상돌기 가시를 갖고 있다. 다만, 수상돌기 가시를 전혀 갖고 있지 않은, 즉 수상돌기 표면이 밋밋한 신경세포(Aspiny neuron)들도 존재한다.

수상돌기 가시의 기능

수상돌기 가시는 흥분성 시냅스의 시냅스후로 기능한다. 일반적인 흥분성 시냅스는 신경전달물질이 분비되는 시냅스전(Presynapse)과 신경전달물질의 수용체가 표면에 위치하고 있는 시냅스후로 구성된다. 따라서 수상돌기 가시 표면에는 신경전달물질 수용체가 위치하며, 내부에는 신경전달물질 수용체에 의한 다양한 신호전달 및 수상돌기 가시 구조 조절에 필요한 수백 종류의 단백질이 기능하고 있다. 수상돌기 가시에 내부에 위치한 단백질 복합체(Protein complex)를 시냅스후 치밀질(Postsynaptic density)라 부른다.

그림 5. 수상돌기 가시는 흥분성 시냅스의 시냅스후로 기능하는 구조이다. 수상돌기 가시의 표면 및 내부에는 시냅스후의 기능에 필요한 다양한 단백질이 존재한다. (출처: 한국분자·세포생물학회)

자폐증, 조현병, 양극성장애, 우울증 등의 정신질환 및 알츠하이머 등 퇴행성 뇌질환을 포함한 매우 다양한 신경정신질환 환자의 사후 뇌조직에서 수상돌기 가시의 개수 및 형태의 이상이 관찰된다. 또한 이들 신경정신질환에 대한 생쥐 동물모델에서도 유사한 결과들이 보고되었다. 따라서 수상돌기 가시는 뇌의 정상적인 기능에 매우 중요하며, 현재 신경과학분야에서 수상돌기 가시의 구조 및 기능 조절에 관여하는 구체적 기전에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

참고문헌

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

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