억제성 시냅스

뇌를 포함한 신경계는 수많은 신경세포로 구성되어 있으며, 이들 신경세포는 시냅스(Synapse)라는 접합부위를 통해 서로 신호를 주고 받는다. 시냅스는 그 형태 및 기능적 특성에 따라 다양하게 구분될 수 있으며, 억제성 시냅스는 기능적 특성에 의한 분류의 하나이다. 억제성 시냅스를 통해서는, 신호를 보내는 신경세포가 신호를 받는 신경세포의 활성을 감소시키는 방향으로 작용한다.

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스페인의 신경과학자 산티아고 라몬 이 카할(Santiago Ramón y Cajal, 1852-1934)은 신경계가 어떻게 구성되어 있는가에 대한 중요한 이론을 제시하였는데, 이를 신경세포설(Neuron doctrine)이라 한다. 신경세포설의 핵심은, 신경계가 독립적인 신경세포들로 구성되어 있으며, 이들 신경세포는 서로 정보를 주고 받으나 물리적으로 연속되어 이어져 있지는 않는다는 것이다. 따라서 신경세포설에 따르면 개별적인 신경세포들 사이에 정보를 주고 받을 구조적 장소가 존재해야 함이 예상되고, 현재 우리가 알고있는 시냅스의 개념이 처음 제시된 것이다.

산티아고 라몬 이 카할이 신경세포설을 제시한 이후, 1897년 영국의 신경생리학자인 찰스 쉐링턴(Charles Sherrington, 1857-1952)이 '시냅스'라는 용어를 처음 사용하였다. 시냅스는 그리스어 'Synapsis'에서 유래하였으며, 함께 고정하다 또는 함께 매다 등의 뜻을 갖는다. 산티아고 라몬 이 카할이 신경세포설을 주장한 이후에 많은 실험적 증거들이 시냅스의 존재를 뒷받침하였으나, 확실하게 검증된 것은 1950년대에 전자현미경을 통해 시냅스의 구조가 밝혀지고 나서이다.

시냅스는 신경신호가 전달되는 방식에 따라 크게 화학적 시냅스(Chemical synapse)와 전기적 시냅스(Electrical synapse)로 구분된다. 화학적 시냅스에서는 신경신호가 신경말단에 도달하여 신경전달물질(Neurotransmitter)의 방출을 유도하고, 방출된 신경전달물질은 반대편 신경세포의 표면에 위치한 수용체(Receptor)에 결합한다. 수용체는 다시 신경신호를 생성한다. 반대로 전기적 시냅스는 신호를 주는 신경세포와 받는 신경세포가 간극연접(Gap junction)을 통해 물리적으로 서로 직접 통해있으며, 이러한 통로를 통해 이온이나 작은 유기분자(Organic molecule)를 직접 통과시켜 신호를 전달한다.

신호의 전달 방식 뿐 아니라, 시냅스는 기능적 특성에 따라 흥분성 시냅스(Excitatory synapse)와 억제성 시냅스로 구분된다.

신경계를 구성하는 대부분의 시냅스는 화학적 시냅스이며, 이러한 화학적 시냅스가 흥분성 또는 억제성으로 구분될 때, 억제성 시냅스는 아래와 같은 특성을 보인다.

첫째, 기능적으로 억제성 시냅스는 신호를 보내는 신경세포가 신호를 받는 신경세포의 활성을 감소시키는 방향으로 작용한다. 이는 억제성 시냅스를 통해 신경전달이 일어나면 신호를 받는 신경세포 내부로 염화 이온(Chloride ion; Cl^-) 등의 음이온이 들어가면서 과분극(Hyperpolarization) 현상을 유도하고 결과적으로 활동전위(Action potential)을 생성을 방해하기 때문이다.

둘째, 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스에서는 서로 다른 종류의 신경전달물질이 사용된다. 흥분성 시냅스의 대표적 신경전달물질은 글루탐산(Glutamate)이며, 억제성 시냅스의 대표적 신경전달물질은 가바(GABA; γ-aminobutyric acid)이다. 억제성 시냅스에서 시냅스전(Presynapse)에서 방출된 가바는 시냅스후(Postsynapse) 표면에 위치한 가바 수용체(GABA receptor)에 결합하여 염화 이온이 세포 내부로 들어오도록 유도한다.

셋째, 구조적으로 흥분성 시냅스의 시냅스후는 신경세포 수상돌기(Dendrite) 표면에 작은 돌기형태를 이루고 있으며, 이를 수상돌기가시(Dendritic spine)라 부른다. 반면, 억제성 시냅스의 시냅스후는 이러한 구조를 갖고 있지 않으며 수상돌기 표면에 형성된다.

그림 1. 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스의 차이점. 흥분성 시냅스는 글루탐산을 대표적인 신경전달물질로 사용하며, 수상돌기가시 구조를 시냅스후에 특징적으로 갖는다. 또한 글루탐산 수용체가 활성화 되면 양이온이 신경세포 내부로 들어온다. 반대로 억제성 시냅스는 가바를 대표적인 신경전달물질로 사용하며, 수상돌기 표면에 생성되고, 가바 수용체가 활성화되면 음이온이 신경세포 내부로 들어온다. (출처: 한국분자세포생물학회)

산티아고 라몬 이 카할(Santiago Ramón y Cajal), 화학적 시냅스(Chemical synapse)와 전기적 시냅스(Electrical synapse), 신경전달물질(Neurotransmitter), 흥분성 시냅스(Excitatory synapse), 가바(GABA; γ-aminobutyric acid)

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