틈새이음

틈새이음(또는 간극연접)은 세포간 연결의 한 형식으로, 코넥손(Connexon) 채널로 이어진 통로를 통해 양쪽 세포간의 세포질(Cytoplasm)이 직접 연결된다. 특히, 신경세포(Neuron)에서는 틈새이음이 전기적시냅스(Electrical synapse)를 형성하게 된다.

목차

틈새이음 채널은 코넥신(Connexin) 단백질로 구성되며, 코넥신 단백질 6개가 합쳐져서 하나의 코넥손 채널을 만든다. 서로 접하고 있는 양쪽 세포에 코넥손이 하나씩 위치하며, 코넥손-코넥손이 맞붙어서 세포간의 틈새이음 채널을 형성한다. 틈새이음 채널의 구멍은 지름이 1-2 nm 정도로 이온이나 작은 유기분자(Organic molecule)의 통과가 가능하다.

그림 1. 세포간 형성된 틈새이음의 모식도. 틈새이음 채널은 각각 6개의 코넥신 단백질이 형성하는, 코넥손 2개가 서로 맞붙어서 이루어진다. 틈새이음 채널을 통해 이온 및 작은 유기분자가 직접 통과할 수 있다. (출처: Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_synapse#/media/File:Gap_cell_junction-en.svg).

신경세포 간의 신호전달 장소인 시냅스는 신호전달 방식에 따라 크게 화학적시냅스(Chemical synapse)와 전기적시냅스로 분류된다. 화학시냅스는 시냅스전(Presynapse), 시냅스 틈(Synaptic cleft), 시냅스후(Postsynapse)의 구조로 구성되며, 전기적 신호인 활동전위(Action potential)가 시냅스전에 도달하면 신경전달물질(Neurotransmitter)의 방출을 유도한다. 신경전달물질은 시냅스전과 시냅스후 사이의 빈 공간인 시냅스 틈으로 방출되고 이후에 시냅스후 표면에 위치한 신경전달물질 수용체(Neurotransmitter receptor)에 결합한다. 신경전달물질이 결합한 신경전달물질 수용체는 이온(Ion)이 신경세포 안으로 통과되도록하여 다시 전기적 신호를 생성한다. 즉, 화학시냅스에서는 전기적신호가 화학적신호인 신경전달물질로 전환되었다가 다시 전기적 신호로 전환된다. 또한 정보를 주는 세포와 받는 세포가 20-40 nm 거리의 시냅스 틈을 두고 물리적으로 분리되어 있다.

화학적시냅스와 달리 전기적시냅스는 신호를 주고 받는 세포가 틈새이음 채널을 통해 직접 이어져 정보를 주고 받는다. 화학적시냅스가 20-40 nm 정도 시냅스 틈으로 분리되어 있는 반면, 전기적시냅스를 형성한 세포사이의 거리는 3 nm에 불과하다. 화학시냅스의 경우 정보의 흐름은 시냅스전에서 시냅스후 한 방향으로만 가능하나, 간극연접 채널을 통한 전기시냅스에서는 양방향으로의 이온 흐름이 가능하다. 또한, 전기시냅스를 형성한 두 신경세포는 세포질(Cytoplasm)의 이온 정보를 공유하며 '전기적으로 짝지어진(Electrically coupled)' 상태로 이해된다. 따라서, 전기시냅스를 통한 세포간의 정보전달은 화학시냅스에 비해 빠르며 정보전달이 실패할 가능성이 거의 없다.

무척추동물인 가재(Crayfish)의 경우 감각 신경세포(Sensory neuron) 및 운동 신경세포(Motor neuron)가 전기시냅스를 형성하는데, 특히 회피 반응(Escape reflexes)에 관여하는 신경회로에서 관찰된다. 이는 위험한 상황으로부터의 빠른 회피를 위해 전기시냅스를 통한 빠른 정보전달이 관여함을 의미한다.

포유류의 신경계에서도 전기시냅스가 관찰되고 있으며, 두 신경세포간의 동기화(Synchronization)에 관여하는 것으로 알려져 있다. 대표적으로, 뇌줄기(Brain stem) 영역의 Inferior olive 부위에 위치한 신경세포가 전기시냅스를 형성한다. Inferior olive의 신경세포는 소뇌(Cerebellum) 영역으로 축삭돌기(Axon)을 뻗어 신경입력을 형성하며, 소뇌 신경세포의 활성을 조절하여 몸의 움직임(Motor control)에 관여한다. Inferior olive 영역의 신경세포들 간의 동기화는 정교한 움직임 조절에 역할을 할 것으로 추측된다.

코넥신(Connexin) 단백질, 코넥손(Connexon) 채널, 화학적시냅스(Chemical synapse), 전기적시냅스(Electrical synapse)

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