엔드 플레이트 전위

End-plate potential
상단에는 샘플 엔드플레이트 전위(EPP, 평균 10개의 단일 EPP)가 표시되고 하단에는 샘플 미니어처 엔드플레이트 전위(mEPP)가 표시된다.X축과 Y축의 눈금 차이를 기록해 두십시오.둘 다 마우스 신경근 접합부의 녹음에서 가져온 것이다.

엔드 플레이트 전위(EPP)는 신경근접합부의 시냅스 후 막에 결합되는 신경전달물질에 의해 골격근 섬유의 탈극화를 일으키는 전압이다.근육섬유의 시냅스 후 단자에는 접시 모양의 큰 외관이 있어 이들을 "끝판"이라고 부른다.작용 전위가 운동 뉴런의 액손 단자에 도달하면 신경전달물질(대부분 아세틸콜린)을 운반하는 배실체가 엑소피트로 되어 내용물이 신경근접합부로 방출된다.이러한 신경전달물질은 시냅스 후막의 수용체와 결합하여 탈분극화를 초래한다.작용 전위가 없을 때 아세틸콜린 vesicle은 자발적으로 신경근 접합부로 새어 나와 시냅스 후 막에서 매우 작은 탈분극화를 일으킨다.이 작은 반응(약 0.4mV)[1]은 미니어처 엔드 플레이트 전위(MEP)라고 불리며 아세틸콜린 함유 베시클 1개에 의해 생성된다.그것은 근육에서 유도될 수 있는 가능한 가장 작은 탈분극화를 나타낸다.

신경근 접합

모터 엔드 플레이트의 신경에서 근육으로 신호 전달

신경근 접합은 알파 운동 뉴런(α-MN)과 골격근 섬유 사이에 형성된 시냅스다.근육이 수축하기 위해서는 운동 뉴런의 액손 단자에 도달할 때까지 먼저 신경 아래로 작용 전위가 전파된다.그러면 운동 뉴런은 신경근 접합부의 시냅스 후 막에 작용 전위를 일으켜 근육섬유를 수축시킨다.

아세틸콜린

엔드 플레이트 전위는 골격근의 신경전달물질 아세틸콜린에 의해 거의 전적으로 생성된다.아세틸콜린은 글루탐산염에 이어 체내에서 두 번째로 중요한 흥분 신경전달물질이다.그것은 촉각, 시력, 청각을 포함하는 소마토센서리 시스템을 제어한다.1914년 헨리 데일에 의해 확인된 최초의 신경전달물질이었다.아세틸콜린은 콜린과 아세틸-CoA로부터 뉴런의 세포질에서 합성된다.콜린아킬트랜스퍼레이즈는 아세틸콜린을 합성하는 효소로 아세틸콜린 생성 관련 연구에서 표식자로 자주 사용된다.아세틸콜린을 이용하는 뉴런은 콜린거성 뉴런이라고 불리며 근육 수축, 기억력, 학습에 매우 중요하다.[2]

이온 채널

막의 양극화는 나트륨, 칼륨, 칼슘, 염화 이온 채널에 의해 제어된다.신경근 접합부와 엔드 플레이트 전위에는 전압 게이트 이온 채널과 리간드 게이트 이온 채널의 두 가지 유형이 있다.전압 게이트 이온 채널은 전압 게이트 이온 채널을 개방하고 특정 이온이 통과할 수 있도록 하는 막 전압 변화에 반응한다.리간드 게이트 이온 채널은 신경전달물질과 같은 특정 분자에 반응한다.리간드를 이온 채널 단백질에 있는 수용체에 결합하면 일정한 이온을 통과할 수 있는 순응적인 변화를 일으킨다.

전시냅스막

일반적으로 운동 뉴런의 휴식막 전위는 -70mV에서 -50까지 유지되며, 외부 나트륨 농도가 높고 내부 칼륨 농도가 높다.작용 전위가 신경 아래로 전파되어 운동 뉴런의 액손 단자에 도달할 때, 막 전압의 변화는 칼슘 전압 게이트 이온 채널이 열리게 하여 칼슘 이온의 유입을 허용한다.이 칼슘 이온은 전시냅스 막에 부착된 아세틸콜린 베시클레인이 엑소시토스를 통해 시냅스 구획으로 아세틸콜린을 방출하게 한다.[3]

시냅스 후막

EPP는 대부분 시냅스 막에서 아세틸콜린이 수용체에 결합하여 발생한다.아세틸콜린 수용체에는 니코틴 수용체와 무스카린 수용체 두 종류가 있다.니코틴 수용체는 빠른 전송을 위한 리간드 게이트 이온 채널이다.신경근 접합부에 있는 모든 아세틸콜린 수용체는 니코틴성이다.무스카린 수용체는 제2의 메신저를 사용하는 G단백질 결합 수용체다.이러한 수용체들은 느리기 때문에 미니어처 엔드 플레이트 전위(MEP)를 측정할 수 없다.그들은 부랑신경과 위장신경과 같은 부교감신경계에 위치한다.태아 발달 중 아세틸콜린 수용체가 시냅스 후 막에 집중되어 성장 중인 배아에서 신경 단자의 표면 전체가 신호가 발사되기도 전에 덮인다.4개의 다른 유전자에서 4개의 다른 단백질로 구성된 5개의 하위유닛은 니코틴 아세틸콜린 수용체를 구성하기 때문에 그들의 포장과 조립은 많은 다른 요소들로 매우 복잡한 과정이다.효소 근육 특이 키나아제(MuSK)는 시냅스 후 근육 세포에서 신호 과정을 시작한다.시냅스 후 아세틸콜린 수용체 군집을 안정화하고, 근육섬유핵에 의한 시냅스 유전자의 전사를 촉진하며, 액손 성장콘의 분화를 촉발시켜 차별화된 신경단자를 형성한다.[4]기질 라미네인은 근튜브 표면에 아세틸콜린 수용체 군집의 고도 성숙을 유도한다.[5]

입문

시냅스 배실체

모든 신경전달물질은 시냅스 vesicle에서 엑소사이토시스(exocytosis)를 통해 시냅스 구획으로 방출된다.두 가지 종류의 신경전달물질인 고밀도 코어 vesicle과 작고 투명한 코어 vesicle이 존재한다.고밀도 코어 vesicle은 신경펩타이드와 큰 신경전달물질을 함유하고 있는데, 이 물질들은 뉴런의 세포체에서 생성되어 빠른 축 이송을 통해 액손 단자로 운반된다.작은 투명 코어 vesicle은 사전 시냅스 단자에서 국소적으로 합성된 작은 분자 신경전달물질을 운반한다.최종적인 신경전달물질인 Vesicle은 시냅스 전 막에 결합된다.작용 전위가 운동 뉴런 액손 아래로 전파되어 액손 단자에 도착하면 액손 단자의 탈분극화를 일으키고 칼슘 통로를 연다.이것은 신경전달물질의 배실체외반사증을 통한 방출을 유발한다.

외세포 분열 후, 시냅스성 수막 순환이라고 알려진 과정 동안 수막은 재활용된다.회수된 복막은 세포내 여러 구획을 통과하여 새로운 시냅스 복막을 만들기 위해 변형된다.그런 다음 신경전달물질의 운반과 방출을 위해 다시 필요할 때까지 예비 풀에 저장된다.

예비 풀과 달리 쉽게 강등할 수 있는 시냅스 vesicle의 풀이 활성화될 준비가 되어 있다.쉽게 분리할 수 있는 풀에서 Vesicle 고갈은 긴 지속시간의 고주파 자극 동안 발생하며 발생된 EPP의 크기가 감소한다.이 신경근 우울증은 자극 중 신경전달물질 방출량이 적기 때문이다.고갈이 발생하지 않도록 하려면 30Hz 미만의 낮은 자극 주파수에서 발생할 수 있는 소거와 고갈 사이에 균형이 있어야 한다.[6]

배실체는 외세포 분열로 신경전달물질을 방출하면 전체 내용물을 시냅스 구획으로 비운다.따라서 정수의 정맥만 방출할 수 있기 때문에 정량적으로 신경전달물질 방출이 명시된다.1970년 런던 대학의 베르나르 캣츠는 신경근 접합부의 소음 분석을 바탕으로 아세틸콜린 음낭의 정량적 크기를 통계적으로 결정하여 노벨 생리의학상을 수상하였다.기계 통계에[clarification needed] 관한 책을 이용하여, 그는 동시에 진행되고 있는 개별 사건의 규모를 유추할 수 있었다.

아세틸콜린의 시냅스 vesicle은 직경이 30nm인 투명한 코어 시냅스 vesicle이다.각각의 아세틸콜린 vesicle은 약 5000개의 아세틸콜린 분자를 포함하고 있다.베시클은 전체 양의 아세틸콜린을 방출하며, 이는 진폭 1mV 미만이고 임계값에 도달하기에 충분하지 않은 미니어처 엔드 플레이트 전위(MEP)를 발생시킨다.[7]

미니어처 엔드 플레이트 전위(MEP)

미니어처 엔드 플레이트 전위는 시냅스 구획에 한 개의 베시클이 방출되어 발생하는 시냅스 후 단자의 소소(약 0.4mV) 탈분극이다.아세틸콜린이 함유된 신경전달물질 vesicle은 신경단말기와 자연충돌해 액손의 신호가 없어도 아세틸콜린을 신경근접합부로 방출한다.이러한 작은 탈분극화는 문턱에 도달하기에 충분하지 않기 때문에 시냅스 후 막에서 작용 전위가 발생하지 않는다.[8]MEPs로 실험하는 동안, 어떤 자극도 없이 정상적인 줄무늬 근육에서 엔드 플레이트 스파이크라고 불리는 자발적 작용 전위가 종종 발생할 수 있다는 것을 알게 되었다.이러한 엔드 플레이트 스파이크는 전극으로 인해 근육 섬유가 손상되거나 자극되어 발생한 것으로 여겨졌다.최근 실험에서는 이러한 끝판 스파이크가 실제로 근육의 스핀들에 의해 발생하며 두 가지 뚜렷한 패턴을 가지고 있다는 것을 보여주었다: 작은 것과 큰 것.소형 엔드 플레이트 스파이크는 신호 전파 없이 음극으로 시작되며 대형 엔드 플레이트 스파이크는 모터 장치 전위(MUP)와 유사하다.근육 스핀들은 적절한 반응을 위해 근육의 신장이나 스트레칭을 측정하고 정보를 척수나 뇌에 전달하는 감각 수용체다.[9]

임계값 전위("모두 또는 없음")

작용 전위가 많은 아세틸콜린 vesicle의 방출을 야기할 때 아세틸콜린은 신경근 접합부를 가로질러 확산되어 근육섬유의 리간드 게이트 니코틴 수용체(비선택적 양이온 통로)에 결합한다.이것은 나트륨과 칼륨 이온의 흐름을 증가시켜 사르코레마(근육세포막)의 탈극화를 유발한다.개별 시냅스 vesicle에서 아세틸콜린이 방출되는 것과 관련된 소극화를 미니어처 엔드플레이트 전위(MEP)라고 하며, 약 +0.4mV의 크기를 가진다.MEPs는 첨가물이므로, 결국 엔드플레이트 전위(EPP)를 약 -100mV에서 시냅스 후막의 전압 게이트 이온 채널이 열리는 임계값 전위( -60mV)까지 증가시켜 시냅스로부터 나트륨 이온의 갑작스런 흐름을 허용하고 탈분극화의 급격한 스파이크를 허용한다.이 탈극화 전압 스파이크는 근육 수축으로 이어지는 시냅스 후 막 아래로 전파되는 작용 전위를 유발한다.EPP는 행동 전위가 아니라 행동 전위를 촉발한다는 점에 유의해야 한다.정상적인 근육수축에서는 약 100~200개의 아세틸콜린 배실체가 방출되어 MEP보다 100배 더 큰 규모의 탈분극화를 일으킨다.이로 인해 막 전위가 임계값에 도달하는 경우 -100mV에서 -60mV까지 +40mV(100 x 0.4mV = 40mV)가 탈극화된다.[7]

작용 전위상

막 전위가 임계값에 도달하면 작용 전위가 발생하여 막 극성의 급격한 스파이크를 일으킨다.행동전위에는 임계치, 탈극화, 피크, 재극화, 초극화의 다섯 단계가 있다.

임계값은 MEP의 합이 일정한 전위에 도달하여 전압 게이트 이온 채널의 개방을 유도하는 때를 말한다.나트륨 이온이 빠르게 유입되면 막 전위가 양전하에 도달하게 된다.칼륨 이온 채널은 나트륨 이온 채널보다 작용이 느려서 막 전위가 절정에 달하기 시작하면 칼륨 이온 채널이 열리고 나트륨의 유입을 상쇄하기 위해 칼륨 이온 채널이 밖으로 나오게 된다.최고점에서 칼륨의 아웃플룩은 나트륨의 유입과 같으며, 막은 극성을 바꾸지 않는다.

재분극 중에는 나트륨 통로가 비활성화되기 시작하여 칼륨 이온의 순유출을 일으킨다.이것은 막 전위가 -100mV의 휴식 막 전위로 떨어지게 한다.과극화는 느리게 작용하는 칼륨 채널이 비활성화하는 데 시간이 더 오래 걸리기 때문에 막이 휴식 전위를 오버슈팅하기 때문에 발생한다.그것은 점차적으로 휴식 잠재력으로 돌아가며 또 다른 행동 잠재력이 일어날 준비가 되어 있다.

초극화 단계 이전의 작용 전위 중에는 어떤 자극에도 막이 반응하지 않는다.다른 작용 전위를 유도할 수 없는 것을 절대 내화 기간이라고 한다.극지방화 기간 동안, 막은 자극에 다시 반응하지만, 작용 전위를 유도하기 위해서는 훨씬 더 높은 입력이 필요하다.이 단계는 상대적 내화 기간으로 알려져 있다.

신경근 접합부에서 작용 전위가 끝나면, 사용된 아세틸콜린은 아세틸콜린 테라아제 효소에 의해 시냅스 구획에서 제거된다.몇몇 질병과 문제들은 효소가 시냅스 구획으로부터 신경전달물질을 제거하지 못하여 지속적인 행동전위 전파로 이어질 수 있기 때문에 야기될 수 있다.[10]

임상적 응용

눈꺼풀이 처지는 전형적인 증상을 보이는 마이스테니아 그라비스 환자

현재 연구는 엔드 플레이트 잠재력과 그것이 근육 활동에 미치는 영향에 대해 더 많은 것을 배우려고 시도하고 있다.많은 현재 질병들은 최종 판의 잠재적 활동을 방해한다.알츠하이머 환자의 경우 베타 아밀로이드는 아세틸콜린 수용체에 부착되며 아세틸콜린 결합을 억제한다.이로 인해 신호 전파량이 적고 임계값에 도달하지 못하는 작은 EPP가 발생한다.의사들은 아세틸콜린으로 뇌 과정을 분석함으로써 베타 아밀로이드가 얼마만큼 있는지 측정하여 알츠하이머병에 미치는 영향을 판단하는 데 사용할 수 있다.[11]마이스테니아 그라비스는 자가면역질환으로, 신경근 접합부의 시냅스 후 막에 아세틸콜린 수용체를 대상으로 한 항체를 생성한다.사용으로 악화되고 휴식으로 개선된 근육 피로와 허약함이 이 병의 특징이다.결합에 이용 가능한 아세틸콜린 수용체의 양이 한정되어 있기 때문에 증상적 치료는 아세틸콜린인테라아제 억제제를 사용하여 신경근 접합부의 아세틸콜린 분해를 감소시켜 소수의 차단되지 않은 수용체에 대해 충분한 아세틸콜린이 존재할 수 있도록 하는 것으로 구성된다.단판 아세틸콜린 에스테라아제(ACHE)의 결핍으로 인한 선천성 이상은 미스테닉 그라비스의 병태생리학적 메커니즘일 수 있다.ACHE 결핍증 환자에 대한 연구에서 의사들은 그가 다른 근육에서 지르륵거리는 것으로 인해 심각한 근위부 근육 약화와 트러블 근육 약화가 발생했다고 지적했다.아세틸콜린 수용체의 지터와 차단률이 결합하면 마이스테니아 그라비스의 경우와 유사한 엔드플레이트 전위가 감소하는 것으로 나타났다.[12]MUPs(Motor Unit probleds)의 연구는 관련된 불규칙 상수를 측정하여 병리학적 질병이 내생적 또는 신경 유전적 기원으로의 진행에 대한 평가에서 임상 적용 가능성을 이끌어냈다.모터 단위 전위는 진폭, 지속시간, 위상, 피크 등으로 특징지을 수 있는 모터 단위에서 발생하는 전기 신호로, 불규칙 계수(IR)는 피크 수와 진폭을 기준으로 계산한다.[13]램버트-에튼 마이스테닉 증후군은 사전 시냅스 칼슘 통로가 자가면역 파괴를 받아 신경전달물질인 베시클이 더 적게 외부로 유출되는 질환이다.이것은 더 적은 수의 염소가 방출되기 때문에 더 작은 EPP를 유발한다.종종 더 작은 EPP는 환자의 근육 약화와 피로를 유발하는 문턱에 도달하지 못한다.많은 동물들은 자신을 방어하고 먹이를 죽이기 위해 신경독을 사용한다.테트로도톡신은 복어, 방아치 등 특정 독성 어류에서 발견되는 독성으로 나트륨 이온 통로를 차단하고 시냅스 후 막에서 작용 전위를 방지한다.곤충에서 발견된 테트라에틸람모늄은 칼륨 통로를 차단한다.뱀에서 발견되는 알파 신경독소는 아세틸콜린 수용체와 결합하여 아세틸콜린이 결합하는 것을 방지한다.검은 과부 거미에서 발견된 알파 라트로톡신은 액손 단자에 칼슘이 대량으로 유입되고 신경전달물질 방출로 이어진다.클로스트리디움 보툴리누스균이 생산하는 보툴리누스 독소는 가장 강력한 독성 단백질이다.신경전달물질 Vesicle의 도킹을 억제하여 신경근 접합부의 아세틸콜린이 방출되는 것을 방지한다.

참고 항목

참조

  1. ^ Boron, W.; Boulpaep, E. (2012). Medical Physiology. Philadelphia, PA: Saunders, Elsevier inc. p. 224. ISBN 978-0-8089-2449-4.
  2. ^ Kimura Y; Oda Y; Deguchi T; Higashida H (1992). "Enhanced acetylcholine secretion in neuroblastoma X glioma hybrid NG108-15 cells transfected with rat choline-acetyltransferase CDNA". FEBS Letters. 314 (3): 409–412. doi:10.1016/0014-5793(92)81516-O. PMID 1468577. S2CID 4956377.
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외부 링크