AMPA 수용체

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AMPA 수용체

[ AMPA receptor ]

신경세포 흥분성 시냅스(Excitatory synapse)의 시냅스후 막(Postsynaptic membrane)에 존재하는 이온성 글루탐산 수용체(Ionotropic glutamate receptor)의 일종으로 시냅스에서 일어나는 빠른 신경전달(Synaptic transmission)을 매개한다.

신경세포 흥분성 시냅스에서는 시냅스전(Presynapse)으로부터 글루탐산 신경전달물질(Neurotransmitter)이 시냅스틈(Synaptic cleft)으로 방출되고, 시냅스틈의 글루탐산이 시냅스후 막에 존재하는 글루탐산 수용체에 결합함으로써 신경전달이 일어난다. AMPA 수용체는 시냅스후 막에 존재하는 이온성 글루탐산 수용체의 일종으로, 글루탐산과 결합 시에 나트륨, 칼슘은 신경세포 안으로 들어오고, 칼륨은 신경세포 밖으로 나가는 채널로 기능하며, 매우 빠른 속도로 열리고 닫히는 특성을 갖는다. 시냅스후 막에 존재하는 AMPA 수용체의 수와 채널 전도도(Channel conductance)는 시냅스 신경전달의 강도(Strength)를 결정하는 중요한 요소로서, 이것의 변화는 시냅스 가소성(Synaptic plasticity)의 핵심 기전 중 하나이다.

그림 1. 신경세포 흥분성 시냅스의 AMPA 수용체. 시냅스후 막에서 글루탐산과 결합시에 나트륨, 칼슘, 칼륨에 대한 채널로 작용한다. (출처: 한국분자·세포생물학회)

목차

  1. 1.AMPA 수용체의 구조
  2. 2.AMPA 수용체의 기능
  3. 3.관련용어
  4. 4.참고문헌

AMPA 수용체의 구조

AMPA 수용체라는 이름은 글루탐산 인공 유사물(Artificial analog)인 AMPA(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid)에 의해서 활성화되는 수용체의 특성에 기인하여 명명되었다.

AMPA 수용체는 GluR1, GluR2, GluR3, Glu4의 4 종류의 단백질 소단위체(Protein subunit)가 "2합체의 2합체(Dimer of dimers)"로 결합하여 4합체(Tetramer)를 형성하여 만들어진다. 예를 들어, GluR1-GluR1 2합체가 GluR2-GluR2 2합체와 결합하여 4합체를 형성하여 AMPA 수용체를 만드는 형식이다.

구조적으로 AMPA 수용체는 시냅스후 막 바깥쪽에 아미노말단 도메인(Amino terminal domain), 리간드 결합 도메인(Ligand binding domain)을 갖고 있으며, 시냅스후 막을 통과하는 막횡단 도메인(Transmembrane domain), 그리고 시냅스후 막 안쪽으로 세포질 도메인(Cytoplasmic domain)을 갖는다. 아미노말단 도메인은 다른 종류의 막단백질(Membrane protein)과의 결합에 관여하기도 한다. 세포질 도메인은 다양한 단백질과 결합하는데 관여하며, 인산화(Phosphorylation)될 수 있는 여러 개의 아미노산 잔기(Amino acid residue)가 존재한다. AMPA 수용체의 세포질 도메인에 결합하는 단백질 중 많은 수가 AMPA 수용체의 세포내섭취(Endocytosis) 및 세포외배출(Exocytosis) 과정에 영향을 주어 시냅스후 막에 존재하는 AMPA 수용체의 숫자를 조절한다. AMPA 수용체의 인산화 또한 세포내섭취 및 세포외배출 과정 또는 채널 전도도에 영향을 주어 AMPA 수용체의 기능을 조절한다.

그림 2. AMPA 수용체의 3차원 구조.(출처: ).

AMPA 수용체의 기능

AMPA 수용체는 글루탐산과 결합 시에 나트륨, 칼슘은 신경세포 안으로 들어오고, 칼륨은 신경세포 밖으로 나가는 채널로 기능하며, 매우 빠른 속도로 열리고 닫히는 특성을 갖는다. 따라서 흥분성 시냅스에서 일어나는 빠른 신경전달을 매개하는 중요한 수용체이며, 시냅스후 막에 존재하는 AMPA 수용체의 숫자와 채널 전도도는 시냅스 신경전달의 강도를 결정하는 중요한 요소이다.

시냅스후 막에 존재하는 AMPA 수용체의 숫자와 채널 전도도는 AMPA 수용체와 결합하는 다양한 단백질 및 AMPA 수용체의 인산화 등을 포함한 번역후 변형(Posttranslational modification)에 의해 조절되며, 시냅스 가소성의 중요한 기전이다. 시냅스후 막에 존재하는 AMPA 수용체의 숫자가 많아지고 전도도가 커지면 그 시냅스의 기능은 강화되며, AMPA 수용체의 숫자가 적어지고 전도도가 약해지면 그 시냅스의 기능도 약화된다. 이렇게 시냅스의 기능이 강화되고 약화되는 시냅스 가소성은 학습과 기억(Learning and memory) 등 다양한 뇌기능에 관여하는 것으로 알려져 있다.

관련용어

NMDA 수용체(NMDA receptor), 시냅스 가소성(Synaptic plasticity), 시냅스후(Postsynapse)

참고문헌

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