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제목 40p 알츠하이머병과 신경의 세포골격
작성자 장광호 (ip:)
  • 작성일 2020-02-03 13:48:38
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46p 뉴런의 분류

경계의 850억 개나 되는 뉴런 각각이 뇌 기능에 어떻게 작동하는지 파악할 수 있을지는 한낱 희망일지 모른다.

뉴런의 구조에 따른 분류, 신경돌기의 수, 단극성, 양극성, 다극성, 수상돌기, 성산세포, 피라미드세포, 가지성,  

일차감각 뉴런, 운동 뉴런, 인터 뉴런, 축삭 길이, 골지 제1형 뉴런, 골지 제2형 뉴런,

48p 유전자 발현에 따른 분류

서로 다른 뉴런을 구별하는 방법 중에 뉴런이 이용하는 신경전달물질을 보는 것이다.

신경전달물질 차이는 신경전달물질을 합성하는 단백질 발현, 저장, 이용의 차이에서 생긴다.

유전학적 차이를 이해하게되면 신경전달물질을 기준으로 뉴런을 분류할 수 있다. 예를 들면

자발적 운동을 명령하는 운동 뉴런은 시냅스에서 모두 신경전달물질인 아세틸콜린을 방출하며 콜린성으로 분류하는 바,

합성된 신경전달물질이 사용될 수 있을 것이다. 공통의 신경전달물질을 사용하는 세포 그룹이

뇌의 신경전달물질 시스템을 구성하고 있다.


교세포

교세포는 신경생물학 분야의 '잠자는 거인'으로 여겨진다. 교세포가 주로 뉴런의 기능을 보조합으로써 뇌의 기능에 기여하고 있음을

말해주고 있다. 교세포의 기능이 부수적이더라도 교세포 없이는 뇌의 정산 기능을 기대하기 어렵다.


성상교세포

뇌에 가장 많은 수로 존재하는 교세포는 성상교세포이다. 이 세포들은 뉴런 사이의 공간을 채운다.

성상교세포의 핵심기능은 세포밖 공간의 화학조성을 조절하는데 있다.


수초교세포

희돌기교세포는 중추 신경계[뇌와 척수]에서만 발견되고 슈반세포는 주변 신경계[두개골과 척수 밖의 영역]에서만 발견된다.


기타 뉴런 이외의 세포

뇌실막 세포라는 특수 세포는 뇌안에서 수액으로 채워진 뇌실면을 이루고, 뇌발생 동안 세포의 이동을 제시하는 역할을 한다.

미세교세포는 죽거나 퇴화하는 뉴런과 교세포에서 남겨진 찌꺼기를 제거하는 식세포 역할을 한다. 미세교세포는 시냅스 연결을

먹어치움으로 이들을 리모델링에 관여하기 때문이다. 마지막으로 뇌 혈관[동맥, 정맥, 모세혈관]은 혈액을 통하여

필수 영양소와 산소를 뉴런으로 수송한다.


40p 알츠하이머병과 신경의 세포골격

신경돌기는 가장 뚜렸하게 뉴런의 구조적 특징을 보인다. 이들은 정교한 분지 패턴은 정보전달에 매우 중요한데, 세포골격이

이러한 구조를 아타낸다. 따라서 신경의 세포골격의 와해가 뇌기능의 상실을 수반하는 것이 놀라운 사실이 아니다. 한 예가

알츠하이머이며 이는 인식기능에 중요한 뇌영역인 대뇌피질에서 신경의 세포골격이 와해되는 특징을 보인다.


독일의 의사 알츠하이머에 의해 '대뇌피질의 특수 질환'이라는 논문에 처음으로 서술되었다.

51세된 여성의 증세는 강한 질투감, 기억장애, 집을 찾지 못함. 물건을 앞뒤로 끌거나, 숨거나,

남들이 자신을 죽일거라는 생각하여 크게 비명을 지르고, 제스쳐는 완전히 망가졌고, 시간과 공간 개념이 뒤죽박죽이고,


아무것도 이해할 수 없다거나 혼란스럽고 상실감에 빠졌다고 말했다. 치료를 무서워하여 비명을 지르기도 했다.

공포감, 분개, 정신이 착란되어 이불을 앞뒤로 당기면서 남편과 딸의 이름을 부르는 등 환청에 시랄리는 듯 했다.

자주 몇 시간 동안 무서운 목소리로 비명을 지르곤 했다. 정신적 퇴화는 매우 지속적으로 진행되어,

최후에 완전히 무감정해졌고, 침대에 누어 있다가 4년 6개월 만에 죽어다


그녀의 사망한 후 뇌를 현미경으로 관찰하였다. 신경섬유 세포골격에 특히 주목하였다. 신경섬유가 심하게 변화되어

있음을 보여주었다. 밀집되 다발을 형성하여 차츰 세포 표면으로 모여들었다. 결국에는 세포질이 소실되고 섬유다발

뭉치만이 뉴런이 있었던 자리를 말해주었다. 대뇌 피질에 있는 모든 뉴런의 약1/4~1/3 가량이 위와 같은 변화를 보여주었다.

많은 뉴런, 특히 상처부위 뉴런들이 모두 소실되었다.


알츠하이머병에서 치매의 심각성은 보통 신경섬유엉킴으로 죽거나 죽어가는 뉴런의 묘비-알려진 물질의 수와 분포와 상관놘계가 있다.

실제, 알츠하이머가 숙고하였듯이  대뇌피질에서의 엉킴 형상이 병의 증세를 야기할것 같다. 전자현미경은 엉킴의 주된 성분이

서로 꼬인 로프가닥처럼 쌍을 이룬 나선형 섬유임을 밝혔다. 현재 이들을 위의 섬유가 미세소관과 연관된 타우 단백질로 구성되어 있음을 밝혀젔다.


알츠하이머병에서 타우는 미세소관에서 분리되어 세포체에 축적된다. 이러한 세포골격의 붕괴는 축삭의 수축을 야기하여

뉴런에서 정보의 흐름을 저해한다. 무엇이 타우에서 그러한 변화를 일어키는가?

환자의 뇌에 축적되는 아밀로이드라는 단백질이 주목받고 있다. 알츠하이머병을 연구하는 분야는 매우 빠르게 진전되고 있지만


뉴런에서 아밀로이드의 비정상적인 분비가 신경섬유엉킴과 치매를 일어키는 첫 단계라는 것이 현재 공통된 의견이다.

치료에 대한 현재의 희망은 뇌에 아밀로이드의 축적을 감소시키는 방법에 집중되어 있다. 효과적인 치료가 절실하다.

미국에서는 5백만명 이상의 사람들이 이 참혹한 질병으로 고통받고 있다.


45p 글상자

어떤 바이러스들은 뉴런을 감염할 때 역방향수송을 이용한다. 예를 들면, 구강타입의 허피스 바이러스는 입술과 입에 있는 축삭말단에 들어와서

세포몸체로 역수송된다. 여기에서 바이러스는 신체적인 또는 감정적인 스트레스가 발생할 때까지 잠복 상태에 머물다가 복제되어

신경말단으로 들어와서 고통스러운 쓰라림을 일어킨다. 이와 유사하게 레이비 바이러스는 피부에서 축삭을 통하여 역수송경로로 신경계에 침입한다.


그러나 일단 소마에서는 바이러스가 즉시 활발하게 복제되어 신경 숙주세포를 죽인다.

바이러스는 신경계의 다른 뉴런에 들어가서 죽을 때까지 복제를 반복한다.


47p 글상자)  지적장애와 수상돌기가시

지적장애의 이유에는 여러 종류가 있다. 가장 심각한 형태는 유전질환과 관련이 있는 페닐케톤요증[PKU] 같은 예이다.

기본적인 장애는 간에서 페닐알라닌을 대사시키는 효소의 결핍이다. PKU를 가진 신생아는 혈액과 뇌에 비이상적으로

높은 페닐알라닌[콩과 식물의 종자의 아미노산]이 있다. 만일 치료하지 않으면 뇌의 성장이 위축되고 심각한 지적장애를 초래한다.


지적장애의 다른 예는 엄마로부터의 감염 등 임신 동안 사고에 의한 것인데, 홍역과 영양결핍 등이 있다.

알코올 중독 엄마에게서 태어난 아기는 빈번하게 태아 알코올증후군을 겪는데 지적장애를 포함한 발달장애를 보인다.

또다른 예로서 신생아가 태어날 때 발생하는 질식이나 영아시기에 양호한 영양, 사회성, 감정적 자극 등의 결핍 같은 열악한 환경에 기인한다.


47p 지적 장애가 있는 어린이의 뇌를 연구하는데, 수상돌기 구조가 현저히 변해 있는 사실을 발견하였다.

장애 어린이의 수상돌기는 가시가 적었다. 비정상적으로 길고 가는 모양을 띠었다. 가시의 변화 정도가 지적장애와 매우 높은 상관관계를 보였다.

수상돌기 가시의 성숙을 포함하는 정상적인 시냅스의 발달이 신생아와 유아기 환경에 의해 결정적으로 좌우됨이 알려졌다.


발생초기 '결정적 시기' 동안 열악한 환경이 뇌 회로의 심각한 변화를 초래할 수 있다. 그러나 좋은 소식도 있다.

뇌에서 부족해서 생긴 많은 변화가 조기에 조치를 취하면 되돌릴 수 있다. [경험이 뇌 발달에 미치는 역할에 대해서는 뒤에서 자세히 살펴볼 것이다.]


50p 글상자

콜린아세틸트란스퍼레이즈[chAT]란 단백질을 암호화하는 유전자가 고유하게 발견되는 뉴런을 예를 들어 보자,

chAT는 신경전달물질 아세틸콜린을 만드는 효소이다. 이 효소는 오직 아세틸콜린을 사용하는 '콜린성 뉴런' 에서만 발현된다.

이는 콜린성 뉴런만이 이 유전자의 프로모트에 작용하는 전사효소를 가지고 있기 때문이다.


chAT:아세틸 조효소 A에 붙어있는 아세트산 이온을 콜린과 결합시켜 아세틸콜린을만드는 효소.


콜린아세틸트란스퍼레이즈[chAT], 아세틸 조효소 A 콜린과 결합시켜 아세틸콜린을만드는 효소.

확인하십시요, 포스파티딜콜린을 콜린과 인산을 어디서 분리하는지는 또 자료를 보내드리지요,

조효소 A

조효소 A(Coenzyme A, CoA, CoASH, HSCoA)는 효소반응에 필요한 조효소로서 지방산의 산화 및 합성, 피르브산의 산화 등에 작용한다. 세포내 약 4%의 효소들이 조효소를 사용하는 것으로 알려져 있다.

조효소 A는 지방산의 산화와 합성에 중요한 작용을 하며, 피루브산의 산화에도 관여한다. 유전체의 서열을 분석한 결과 세포내 존재하는 효소 의약 4%가량이 조효소 A를 이용하는 것으로 알려져 있다. 조효소 A의 구조는 1950년경 런던 리스터 연구소(Lister Institute)의 프리츠 리프만(Fritz Lipmann)에 의해 규명되었다. 리프만(Lipmann)은 처음 아세틸 그룹의 전달에 관한 연구를 하던 중에 효소에 존재하지 않은 인자가 발견하였다. 그 후 리프만은 돼지 간에서 조효소 A를 정제하였고, 콜린의 아세틸화에 관여하는 조효소라는 것을 밝혔다. 조효소 A는 'Activation of Acetate'에서 명명되었다. 프리츠 리프만(Fritz Lipmann)은 1953년 조효소 발견의 공로로 노벨 생리의학상을 수상하였다.


조효소 A의 구조


조효소 A는 아데노신이인산화체 (ADP), 판토테노익산(Pantothenoic acid), 시스테아민(Cysteamine)의 결합으로 이루어져 있다

(그림 1). 조효소 A의 시스테아민의 -SH 기에 여러 가지 화합물(Acetyl) 등이 붙어서 작용한다.


조효소 A의 합성


조효소 A는 비타민 B5인 판토테노익산(Pantothenate)으로부터 합성된다. 판토테노익산은 고기, 채소, 곡물 등의 음식에 많이 존재하지만, 인간은 합성할 수 없는 필수 비타민이다. 조효소는 이러한 판토테노익산, 시스테아민과 ATP를 이용해서 합성된다.

그림 1. 조효소 A의 구조 -SH thiol 그룹에 카르복실산을 가진 화합물이 타이오에스터 (thioester) 결합을 한다.

기능 

조효소는 보통 채소 등에 많은 비타민 B5인 판토테노익산로부터 합성된다. 인간의 경우 판토테노익산를 섭취해야 하지만, 식물이나 박테이아 등은 아스파라트산 등으로부터 생체 내 합성이 가능하다. 생체 내에서 조효소 A는 지방의 합성, 에너지 생성, 효소 활성 조절에 관여한다. 지방산의 합성 조효소 A는 화학적으로 -SH를 가진 티올(thiol) 그룹으로 카르복실산을 가진 화합물과 반응하여 티올에스터(Thioester, R-S-CO-R')를 형성한다. 따라서 조효소 A는 카르복실산을 포함한 지방산(Fatty acid) 등과 결합하여 세포질에 있는 지방산을 미토콘드리아로 이동시키는 아실(acyl) 그룹 전달체로 작용한다. 특히 2탄당인 아세트산과 결합하여 아세틸-CoA를 만들어 아세틸(Acetyl, CH3-CO-) 그룹을 전달하는 역할을 한다. 조효소 A(Coenzyme A)는 아실 그룹과 결합되어있지 않을 때는 보통 -SH 그룹을 같이 'CoASH'로 표기한다. 에너지 합성조효소 A는 특히 시트르산 사이클 반응에 필수적인데, 해당과정, 아미노산 분해과정, 지방산분해 과정에서 나오는 탄소를 아세틸 CoA 형태로 시트르산 사이클의 기질로 이용된다. 이 같이 조효소 A는 당, 아미노산, 지방의 분해과정을 매개하는 필수적인 조효소이다.

그림 2. 피루브산 탈수소 효소과정에서 조효소 A의 역할 (그림 출 처: 위키피디아)

효소 활성 조절 세포내 당이 과하게 존재할 때, 세포질에 존재하는 조효소 A는 지방산의 합성에 이용된다. 이러한 과정은 지방선 합성을 조절하는 아세틸 CoA 카르복실레아제 (Acetyl-CoA carboxylase)에 의해 수행된다. 세포내 당이 과할 때, 인슐린이 아세틸 CoA 크로복실레아제의 활성을 증가시키고, 에피네프린이나 글루카곤 등이 이들의 활성을 감소시킨다.

세포에 당이 부족할때, 조효소 A가 합성되고, 세포질에 존재하는 지방산이 미토콘드리아로 들어가게 되는데, 이때 지방산이 분해되면서 탄소그룹이 2개씩 떨어져 나와 조효소 A와 결합하여 acetyl-CoA가 되어 시트르산 사이클로 들어가 에너지를 생성한다. 최근 단백질이 조효소와 공유결합형태로 변형되는 것이 밝혀 졌는데 이러한 현상을 통해서 세포의 산화 스트레스에 반응하는 것으로 알려졌다.

조효소 A는 알로스테릭 조절작용을 하는 것으로 알려졌는데, Carnitine palitoyltransferase I, acetyl-CoA carboylase 같은 효소, HNF-α, PPARα와 같은 유전자 전사인자를 조절한다. 또한, 단백질이 acyl-CoA에 의해 acylation되면 세포막으로 이동하게 된다.

조효소 A (분자·세포생물학백과)

스핑고리피드 분류

다양한 스핑고리피드(sphingolipids) 구조 모든 스핑고리피드는 아미노기와 두 개의 하이드록시기를 가진 긴 아실 사슬과 스핑고신 뼈대(빨간색)로 구성된다. 세라마이드는 두 번째 지방산이 아미노기와 연결되어 있다. 점선으로 표시된 네모 부분에서 파란색으로 표시된 극성 머리 부분의 종류에 따라 스핑고리피드를 분류할 수 있다. (출처)

스핑고리피드 [sphingolipid] (화학백과)


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