시냅스틈

시냅스 틈은 화학시냅스(Chemical synapse)를 구성하는 시냅스전(Presynapse)과 시냅스후(Postsynapse) 구조 사이에 물리적으로 떨어진 공간을 의미한다.

화학시냅스는 신경전달물질(Neurotransmitter)을 분비하는 시냅스전과 신경전달물질에 대한 수용체(Receptor)를 표면에 발현하고 있는 시냅스후 구조로 이루어 진다. 시냅스전과 시냅스후는 물리적으로 직접 접하고 있지 않고 약 20-40 nm 거리를 두고 떨어져 있는데, 이러한 시냅스전과 시냅스후 사이의 공간을 시냅스 틈이라 부른다. 따라서 신경전달물질은 전시냅스에서 시냅스틈으로 방출된다.

목차

신경세포 간에 정보가 전달되는 장소인 시냅스는 정보의 전달 방식에 따라 크게 전기시냅스(Electrical synapse)와 화학시냅스로 구분된다. 전기시냅스는 정보를 주는 신경세포와 받는 신경세포가 간극연접(Gap junction) 통로로 연결되어 있으며, 이를 통해 직접 전기적신호인 이온(Ion)이 전달된다.

반면, 화학시냅스에서는 정보를 주는 신경세포 말단까지 전기적신호가 전달되면 이것이 화학적신호로 변환된다. 구체적으로, 전기적신호인 활동전위(Action potential)가 신경세포 말단에 도달하여 화학적신호인 신경전달물질이 분비되도록 한다. 신경전달물질은 시냅스전과 시냅스후 사이의 시냅스 틈으로 방출되며, 시냅스후 표면에 위치한 신경전달물질 수용체에 결합하여 이온채널이 열리도록 함으로써 다시 전기적신호를 생성한다. 즉, 시냅스 틈은 시냅스전과 시냅스후 사이의 20-40 nm 거리의 공간으로 전시냅스에서 신경전달물질이 방출되어 나오는 공간이다.

그림 1. 화학시냅스의 구조. 시냅스전으로부터 시냅스 틈으로 신경전달물질이 방출되며, 이후에 시냅스후 표면의 수용체에 결합한다. (출처: 한국분자·세포생물학회)

시냅스 틈으로 분비된 신경전달물질은,

1) 확산(Diffusion) 과정을 통해 시냅스후 표면에 위치한 수용체에 결합하거나,

2) 더 멀리 확산되어 시냅스를 감싸고 있는 성상세포(Astrocyte)로 흡수되거나,

3) 과흐름(Spillover)를 통해 이웃한 시냅스에까지 전달되거나,

4) 시냅스전 말단(Presynaptic terminal)의 재흡수 운반체(Reuptake transporter)를 통해 시냅스전으로 다시 흡수되어 재활용된다.

즉, 시냅스틈의 존재를 통해 신경전달물질은 다양한 경로로 활용되고 정보를 전달하게 된다. 또한 시냅스 틈은 완전히 빈 공간은 아니며, 시냅스전과 시냅스후를 서로 연결해주는 시냅스접합단백질(Synaptic adhesion protein)에 의해 이어져 있다. 시냅스접합단백질은 시냅스의 형성 및 기능 조절에 중요한 역할을 담당한다.

시냅스 틈의 존재는 신경세포설(Neuron doctrine)을 뒷받침하는 가장 중요한 증거이다. 신경세포설은 신경계가 어떻게 구성되어있는가에 대해 역사적으로 대립했던 두 가지 이론(신경그물설과 신경세포설) 중 하나로, 스페인의 신경과학자 산티아고 라몬 이 카할(Santiago Ramón y Cajal)에 의해 1800년대 후반에 최초로 제시되었다. 신경세포설에 따르면, 신경계는 독립적인 신경세포로 구성되어 있으며, 신경세포들은 서로 정보를 주고 받으나 물리적으로 직접 접하고 있지는 않다. 즉, 신경세포들 사이에는 서로 떨어져 있는 공간이 존재한다. 카할에 의해 신경세포설이 제시된 이후 다양한 실험적 증거들이 이를 뒷받침하였으나, 1950년대에 들어 전자현미경으로 화학시냅스 및 시냅스 틈의 구조가 직접 관찰됨으로써 신경세포설이 옳음이 확정되었다.

그림2. 전자현미경으로 관찰된 화학시냅스 구조. 시냅스전(Pre)과 시냅스후(Post)가 시냅스 틈(*표시)으로 분리되어 있다. (출처: SynapseWeb, Kristen M. Harris, PI, http://synapseweb.clm.utexas.edu/)

화학시냅스(Chemical synapse), 시냅스전(Presynapse), 시냅스후(Postsynapse), 신경전달물질(Neurotransmitter), 전기시냅스(Electrical synapse), 신경세포설(Neuron doctrine)

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