Neuroscience Index

• Prologue
• Chapter 01 / Glia Cell and Neuron
• Chapter 02 / The neuronal membrane at Rest
• Chapter 03 / The action potential
• Chapter 04 / Synaptic Transmission

Glia Cell and Neuron

뇌를 구성하는 중요한 세포로 Glia Cell 과 Neurons 가 있다.

여기서 Glia Cell 은 그리스어 Glue 즉, 풀에서 유래했다.

우리의 뇌에는 Neuron 이 대략 1/10 , 나머지 빈 공간은 Glia Cell 이 채우고 있다.

Glia cell 이 Neuron 의 네트워크 형태를 온전히 유지할 수 있도록 연접 역할을 하는 것이다.

그래서 Neurons 에 비해 Glia Cells 의 수가 비교적 많다. ( N : 100 billion / G : 1000 billion )

궁극적으로 Glia Cell 은 Insulates ( 절연 ), Supports ( 지지 ), Nourishes ( 공급 ) 의 역할을 수행한다.

[ 뇌의 뉴런 구조를 파악하기 위해 해결해야 했던 3가지 문제 ]

• 크기가 매우 작다.

17세기에 현미경의 발명으로 10-50 μm 의 세포를 관찰할 수 있게 되었을 때, 뉴런을 관찰할 수 있었다.

• 뇌 조직은 너무 부드럽다.

뇌 조직이 너무 부드러워 얇게 슬라이싱을 할 수 없었을 뿐더러 동시에 현미경을 통한 관찰도 어려웠다. 
그래서 Formaldehyde 처리를 하여 조직을 단단히 고정시켰고 Microtome 을 이용해 슬라이싱하여 관찰했다. 
오늘날에는 변이가 잘 일어나는 조직이 있을 경우, 영하 20도에서 영하 30도까지 온도를 내려 자르고 싶은 
조직을 고정하고 슬라이싱하는 Cryostat 이 개발되어 쓰이고 있다.

• 염색한 뇌 조직을 구분할 수 없다.

얇게 슬라이싱하여 관찰할 수 있더라도 구분을 할 수 없다면 아무런 의미가 없었다. 
그래서 새로운 염색 기법이 필요했고 독일 정신과 의사인 Franz Alexander Nissl 이
The nissl stain 이라는 새로운 염색법을 개발해냈다. 그러나 세포 핵 위주로만 보이고
나머지 공간은 텅 비어있는 모습으로 관찰되자 다른 염색법이 필요했다. 

[ 본격적인 뇌 연구의 시작, Golgi Stain ]

이탈리아 해부학자인 Camillo Golgi 는 Golgi stain 이라는 새로운 염색 기법을 개발했다.

이 염색법을 이용해 세포체에서 뻗어나오는 신경돌기를 확인할 수 있었다.

다른 뉴런에 신호를 전달하는 통로 역할인 Axons 과 다른 뉴런들로부터 신호를 받아들이는 안테나 역할인 Dendrites 로 나누어 명명했고 이를 합쳐 Neurites 라고 한다.

[ 신경 세포의 구조 ]

Soma ( = Cell body ) 는 Cytosol (세포 안에 모든 액체 부분 ) 과 Organelle (막으로 구성된 소기관) 그리고 Cytoplasm (핵을 제외한 Cytosol + Organelle) 으로 구성되어 있다.

보다 쉬운 이해를 돕기 위해 포함 관계를 나타낸 참고 자료를 만들었다.

뉴런의 막은 Cytoplasm 과 인접하여 보호하는 역할을 하므로 5 nm 로 두꺼운 편이다. 그리고 막에 있는 단백질의 조성이 일반 세포들과는 다르다.

특히나 뉴런 안에서도 막의 종류에 따라 단백질 조성이 달라지기 때문에 구분지어 Neuronal membrane 이라 부른다. 다음 챕터에서 중요하게 다루니 기억해두자.

뉴런도 다른 세포들처럼 세포의 구조를 결정하는 Cytoskeleton 이 존재한다. 뉴런은 일반 세포와는 달리 특이한 구조를 지녔기 때문에 그 뼈대가 중요한 역할을 한다.

이러한 뼈대들은 길어지기도 하고 짧아지기도 하는 가변성으로 뉴런의 모양을 변화시킨다.

{ 심화 }

microtubules 를 조절하는 가장 대표적인 단백질로 타우라는 단백질이 있다. 타우 단백질에 문제가 생기면 퇴행성 뇌 질환이 발병될 수 있다는 가설이 있다.

알츠하이머 환자의 사후 뇌 조직을 관찰한 사진이다. (a) 는 microtubules 의 신호를, (b) 는 타우 프로틴이 뭉쳐있는 정도를, (c) 는 (a) 와 (b) 를 겹친 것이다.

(c) 의 위쪽 부분은 microtubules 의 신호가 매우 강하고 타우가 엉켜 붙어있지 않아 건강한 뉴런이라 판단할 수 있다.

그러나 중간 부분을 보면 타우 단백질이 엉켜 붙어있어 병든 뉴런이라는 것을 알 수 있다.

알츠하이머 환자의 뇌 단면을 확인해보면 텅 빈 공간을 관찰할 수 있는데, 이는 병든 뉴런들이 모두 사멸했기 때문이다.

파킨스 병에 대해서도 알아보자면, 정상인들의 중뇌에는 도파민 뉴런이 다수 존재하는 부위인 Substantia nigra ( 어두운 부분 ) 를 관찰할 수 있다.

하지만 파킨스 병 환자들은 도파민 뉴런이 사멸해 거뭇거뭇한 부분이 없다.

따라서 운동 능력 조절에 문제가 생기는 파킨스 병은 해당 부위와 밀접한 관련이 있음을 알 수 있다.

[ What is a Synapse ? ]

뉴런의 말단 부위가 다른 뉴런과 만나는 부위를 시냅스 (Synapse) 라고 한다.

시냅스를 기준으로 Presynaptic Neuron 과 Postsynaptic Neuron 으로 나뉜다.

전기 신호로 전도되다가 Synaptic vesicles 안에 있는 Neurotransmitter 가 방출되면서 화학 신호로 전환된다. 그 후 Postsynaptic Dendrites 의 막에 있는 Receptor 에서 다시 전기 신호로 전환된다.

Axon 의 말단 부위인 Axon Terminal 은 Microtubules 가 없다. 대신 도파민, 아세틸콜린과 같은 신경전달물질 (Neurotransmitter) 을 저장하고 방출하는 연접 소포 (Synaptic vesicles) 와 미토콘드리아가 다수 존재한다.

각 뉴런들은 각자만의 Neurotransmitter 을 가지고 있는 경우가 대다수이다.

[ What is an Axon ? ]

Axon 은 뉴런의 출력이며 다른 뉴런과의 시냅스 연결을 통해 신경 신호를 운반하는 역할을 한다.

Axon 에는 Soma 와 달리 소포체( Endoplasmic Reticulum ; ER) 가 없기 때문에 단백질 합성과 운반이 이루어지지 않는다.

그래서 Soma 에 있는 ER 에서 합성하여 운반하여야 한다.

이를 Axoplasmic transport 라 하고 아래 표처럼 방향에 따라 나누어진다.

앞서 말했듯이 타우 단백질에 문제가 생기면 Microtubules 합성에 문제가 생기고,

수송 단백질이 수송할 수 있도록 하는 선로가 망가져 결국엔 전반적인 신경 체계가 무너지게 되는 것이다.

그리고 우리 몸 속에서 제일 귀엽다고 소문난 Kinesin 을 보자.

저 아장아장 걷는 게 발이 아닌 머리다.

진짜 귀엽다.

[ What is a Dendrite ? ]

Dendrite 는 다른 뉴런에서 오는 신호의 입력으로 작용한다. 그리고 뉴런의 Soma 로 입력 신호를 전달한다. ( 정확한 표현은 전도이다. )

단어는 그리스어의 Tree 에서 유래했다. 왜냐하면 하나의 뉴런이 다수의 뉴런들로부터 신호를 전달받고

전달받은 뉴런 또한 다른 뉴런들로 신호를 전달하기 때문에 마치 얽히고 설킨 나뭇가지를 연상시키기 때문이다.

그리고 Dendrites 에는 Dendritic spines 가 매우 많다.

정상인들은 spine 이 균일하게 형성되어 있지만 신경 질환을 앓은 사람들은 spine 이 불규칙하게 형성되어 있다.

[ 뉴런을 나누는 기준 ]

1. Dendrite or Soma 의 모양 / 형태

Stellate cell : Soma 를 중심으로 Dendrites 가 뻗어져 나온 모양이 마치 별을 연상케 한다.

Pyramidal cell : 피라미드 모양으로 나열되어 있다.

2. 중추신경계 (CNS) / 기능

감각 뉴런, 운동 뉴런, 연합 뉴런

3. Soma 로부터 뻗어져 나오는 Neurites 의 수

4. 액손의 길이

5. 신경전달물질 (Neurotransmitter) 의 종류

[ What are Glia Cells ? - Advanced ]

Glia Cells 은 우리 뇌에 10% 도 안되는 부분을 차지하고 있는 Neurons 이 온전한 형태와 네트워크를 구성한 채로 유지할 수 있게 도와주는 아교 역할을 한다고 했다.

신경계에 전반적으로 중요한 역할을 하는 Glia Cell 를 종류에 따라 나누어 자세히 알아보자.

1. 성상교 세포 (Astrocytes Glia)

뇌에서 가장 많은 부분을 차지한다. 여기서 astro 라는 접두사는 별을 뜻하는데 별 모양을 띠고 있어서 그렇다.

뉴런 사이의 빈 공간을 채워주고 Neurites 의 성장에도 지대한 영향을 끼친다.

또한 최근 연구에 따르면 신경 염증을 악화 또는 완화에 중요한 역할을 한다고 한다.

2. Myelinating Glia cell

중추신경계 (CNS) 에 있으면 희소돌기아교 세포 (Oligodendroglia cell)

말초신경계 (PNS) 에 있으면 우리가 잘 아는 슈반 세포 (Schwann cell) 라고 부른다.

위치에 따라 명칭이 나뉘는 것 뿐, 전기 신호의 강도를 유지시키고 Axons 을 절연하는 기능은 동일하다.

여기서 Node of ranvier (랑비에 결절) 도 추가적으로 알면 좋다. ( Myelinating Glia cell 로 감싸져 있지 못하고 노출되어 있는 액손의 막 부위를 뜻한다. )

3. 미세아교 세포 (Microglia cell)

뇌는 만일의 사태에 대비하여 혈액-뇌 장벽 ( Blood-Brain Barrier, BBB ) 이라는 생체 장벽을 만들었다.

이에 항원이나 혈액 내 잠재적인 위험 요소들, 심지어 항체도 들어가지 못한다.

그래서 뇌 안에서는 자립적으로 Microglia cell 이 면역 시스템인 식세포 작용을 담당한다.

또한 필요하지 않은 과도한 Neurites 를 제거하기도 한다.