글루탐산염(신경전달물질)

Glutamate (neurotransmitter)
L-글루타마이트
L-Glutamate Structural Formula
임상자료
기타 이름GLU(약칭), 글루탐산염, L-(+)-글루탐산염
생리적 데이터
소스 조직신경계의 거의 모든 부분
대상 조직시스템 차원의
수용체NMDA, AMPA, 카이네이트, mGluR
고민자NMDA, AMPA, 카인산
반목자AP5, 케타민, CNQX, 키누레닉산
전구체주로 식재료
신진대사글루탐산탈수소효소
식별자
  • [(1S)-1,3-디카복시프로필]아자늄
CAS 번호
  • 56-86-0
펍켐 CID
IUPHAR/BPS
켐스파이더
유니
케그

신경과학에서 글루탐산염은 신경전달물질인 신경세포가 다른 세포에 신호를 보내기 위해 사용하는 화학물질인 글루탐산의 음이온을 말한다. 그것은 척추동물 신경계에서 가장 풍부한 흥분 신경전달물질이다.[1] 그것은 척추동물 뇌의 모든 주요 흥분 기능에 의해 사용되며, 총계적으로는 인간의 뇌에서 시냅스 연결의 90% 이상을 차지한다. 그것은 또한 소뇌 과립 세포와 같은 일부 국소화된 뇌 부위의 주요 신경전달물질 역할을 한다.

글루탐산염에 대한 생화학적 수용체는 AMPA 수용체, NMDA 수용체, 메타보틱성 글루탐산염 수용체로 알려진 3가지 주요 등급으로 분류된다. 카이네이트 수용체라고 알려진 네 번째 등급은 AMPA 수용체와 많은 면에서 비슷하지만 훨씬 덜 풍부하다. 많은 시냅스들은 글루탐산염 수용기의 여러 종류를 사용한다. AMPA 수용체들은 빠른 흥분에 특화된 이온성 수용체들이다. 많은 시냅스에서는 자극받은 후 1밀리초 이내에 목표물에 흥분성 전기 반응을 일으킨다. NMDA 수용체도 이온성이지만 활성화되면 칼슘에 침투할 수 있다는 점에서 AMPA 수용체와 다르다. 그들의 특성은 그들을 학습과 기억력에 특히 중요하게 만든다. 메타보틱 수용체들은 그들의 목표물에 느리고 지속적인 영향을 주기 위해 두 번째 메신저 시스템을 통해 작용한다.

글루탐산염은 시냅스성 가소성에 대한 역할 때문에 뇌의 학습이나 기억력 같은 인지 기능에 관여한다.[2] 장기적 위력으로 알려진 가소성의 형태는 해마, 신피질, 그리고 뇌의 다른 부분에 있는 글루타마테라믹 시냅스에서 일어난다. 글루탐산염은 점 대 점 송신기로서뿐만 아니라, 이웃 시냅스에서 방출된 글루탐산염의 합계가 시냅스 외 신호/볼륨 전송을 생성하는 시냅스 사이의 유출과 시냅스 교차 작용을 통해서도 작동한다.[3] 또한 글루탐산염은 뇌 발달 중 성장 응집과 시냅트생식을 조절하는 데 중요한 역할을 한다.

생합성

글루탐산염은 다양한 단백질의 주요 성분이다; 결과적으로 그것은 인체에서 가장 풍부한 아미노산 중 하나이다.[1] 글루탐산염은 구연산인 일련의 반응에 의해 구연산 순환의 일부로 생산되는 α-케토글루타르산으로부터 (건강에 충분한 양으로) 합성될 수 있기 때문에 공식적으로 비필수 아미노산으로 분류된다. 글루탐산염은 혈중-뇌 장벽을 지지하지 않고 넘을 수 없지만, 뇌액의 농도를 상당히 일정하게 유지하는 고친화성 수송 시스템에 의해 신경계 밖으로 활발하게 운반된다.[4]

글루타민산염은 글루타민 효소에 의한 글루타민-글루타민 순환의 일부로 글루타민으로부터 중앙 신경계에서 합성된다. 이것은 시냅스 이전의 뉴런이나 이웃한 활엽세포에서 일어날 수 있다.

글루탐산염 자체는 글루탐산염 데카복실라아제 효소의 작용을 통해 신경전달물질 GABA의 대사 전구체 역할을 한다.

세포효과

주요기사 : 글루탐산염수용체

글루탐산염은 세포 표면 수용체에 결합하고 활성화함으로써 그 효과를 발휘한다. 포유류에서는 글루탐산염 수용체 4개 계열이 확인되었는데, 이는 AMPA 수용체, 카이네이트 수용체, NMDA 수용체, 메타보틱성 글루탐산염 수용체로 알려져 있다. 처음 세 집단은 이온성인데, 활성화되면 이온이 통과할 수 있는 멤브레인 채널을 열게 된다. 메타보틱 계열은 G단백질 결합 수용체로서 복잡한 제2의 메신저 시스템을 통해 그 효과를 발휘한다는 뜻이다.

포유류 뇌에 있는 글루탐산염 수용체
가족 유형 메커니즘
암파 이온성 나트륨 및 칼륨에 대한 막 투과성 증가
카이네이트 이온성 나트륨 및 칼륨에 대한 막 투과성 증가
NMDA 이온성, 전압 게이트 칼슘을 위한 막 투과성 증가
메타보틱스 그룹 I G커플링q 인산염 C를 활성화하여 IP3 및 diacyl 글리세롤 증가
메타보틱스 그룹 II Gi/G 결합0 아데닐산 사이클라아제를 억제하여 cAMP의 세포내 수준 감소
메타보틱스 그룹 III Gi/G 결합0 아데닐산 사이클라아제를 억제하여 cAMP의 세포내 수준 감소

질병, 장애, 약리학

글루탐산염 전달체 EATH와 VGLUT는 뉴런과 광택막에서 발견된다. 그들은 세포외 공간에서 글루탐산염을 빠르게 제거한다. 뇌손상이나 질병에서는 역작용을 하는 경우가 많으며, 과잉 글루탐산염은 외부 세포에 축적될 수 있다. 이 과정을 통해 칼슘 이온이 NMDA 수용체 채널을 통해 세포로 유입되어 뉴런 손상과 최종적인 세포사멸을 초래하며, 이를 흥분독성이라고 한다.[5] 세포사멸의 메커니즘은

  • ca-농도는2+ 다른 미토콘드리아 기능을 조절하며, 걷잡을 수 없이 증가하면 지나치게 높은 세포내 ca-농도는2+ 미토콘드리아를 손상시킬 수 있다.[6]
  • ca-농도는2+ 세포내 질소산화물(NO) 농도를 증가시킨다. 과도한 무분자는 활성산소를 형성하여 세포의 산화 스트레스를 증가시킨다.[7]
  • 글루탐산염 또는 Ca는2+ 친중독성 유전자에 대한 전사 인자의 촉진 또는 반중독성 유전자에 대한 전사 인자의 다운 규제를 중재한다. 따라서 Glu/Ca-농도2+ 증가의 순효과는 세포사멸이다.[8]

과다한 글루탐산염 방출과 섭취 장애로 인한 흥분독성은 허혈성 폭포의 일부로 발생하며 뇌졸중,[9] 자폐증,[10] 지적 장애의 일부 형태, 근위축성 측경화증, 과민증, 알츠하이머병과 같은 질병과 관련이 있다.[9][11] 이와는 대조적으로 고전적인 페닐케톤뇨증[12] 조건에서 글루탐산염 방출 감소가 관찰되어 글루탐산염 수용체 발현에 대한 발달장애가 발생한다.[13]

글루탐산은 간질 발작에 연루되어 왔다. 글루타민산을 뉴런에 미세주입하면 약 1초 간격으로 자발적 탈극화가 발생하는데, 이 발화 패턴은 간질발작 시 파록시스탈 탈극화 이동으로 알려진 것과 유사하다. 발작 시 휴식막 전위의 이러한 변화는 전압 활성 칼슘 채널의 자발적인 개방으로 글루탐산 방출과 추가적인 탈분극화를 초래할 수 있다.[citation needed]

생물학과 진화 비교

글루탐산염은 진화의 초기 단계에서 다른 필라와 갈라지고 세로토닌과 아세틸콜린을 포함한 동물들 사이에서 보편적으로 발견되는 다른 신경전달물질이 부족한 세토포레(콤보 젤리)를 포함한 신경계를 가진 모든 종류의 동물에서 신경전달물질로 기능한다.[14] 오히려 ctenophores는 기능적으로 구별되는 형태의 전리방성 글루탐산염 수용체를 가지고 있어서 이러한 수용체들의 활성화가 근육 수축과 다른 반응을 유발할 수 있다.[14][14]

스펀지는 신경계를 가지고 있지 않지만 세포간 신호 전달에 글루탐산염을 이용한다. 스펀지는 메타보틱성 글루탐산염 수용체를 가지고 있으며, 스펀지에 글루탐산염을 바르면 스펀지가 오염물질을 스스로 제거하기 위해 사용하는 전신 반응을 유발할 수 있다.[15] 또한 신경계가 부족한 원시 유기체 트리코플랙스의 게놈에는 수많은 메타보틱성 글루탐산염 수용체가 들어 있지만 그 기능은 아직 알려져 있지 않다.[16]

절지동물과 네마토드에서 글루탐산염은 글루탐산염화 채널을 자극한다.[17] 수용체의 β 서브유닛은 글루탐산염과 글리신에 매우 높은 친화력으로 반응한다.[18] 이러한 수용체를 대상으로 하는 것은 평균을 이용한 박하요법의 치료목표가 되어 왔다. 평균 분석기는 높은 친화력을 가진 글루타민산염화물 채널의 알파 서브 단위를 목표로 한다.[19] 이러한 수용체들은 또한 드로소필라 멜라노가스터와[20] 레페오페바이러스 연어 등과 같은 절지동물에서도 설명되어 왔다.[21] 이러한 수용체들이 평균환자와 함께 되돌릴 수 없는 활성화로 인해 시냅스 및 신경근접합체에서 극지방화가 일어나며, 이로 인해 플루치드 마비 및 네마토드와 절지동물이 사망하게 된다.

역사

단백질을 위한 빌딩 블록으로서 신체의 모든 부분에 글루탐산염의 존재는 신경계에서 그것의 특별한 역할을 인식하기 어렵게 만들었다: 신경전달물질로서의 그것의 기능은 아세틸콜린, 노르에피네프린, 세로토닌을 신경전달물질로 식별한 지 수십 년이 지난 1970년대까지 일반적으로 받아들여지지 않았다.[22] 글루탐산물이 송신기 역할을 할 수 있다는 첫 번째 제안은 T에서 나왔다. 1952년, 글루탐산염 주사를 개의 뇌실 안으로 주입하면 발작을 일으킬 수 있다는 발견에 동기부여를 받은 하야시 씨.[22][23] 이 생각에 대한 다른 지지는 곧 나타났지만, 대다수의 생리학자들은 다양한 이론적, 경험적 이유로 회의적이었다. 회의론의 가장 흔한 이유 중 하나는 중앙 신경계에 글루탐산염의 흥분 효과의 보편성 때문이었는데, 이는 신경전달물질에 기대되는 특수성과 모순되는 것처럼 보였다.[22] 회의적인 다른 이유로는 알려진 적대자의 부족과 알려진 불활성화 메커니즘의 부재 등이 있다. 1970년대 동안의 일련의 발견은 이러한 의심의 대부분을 해소했고, 1980년까지 그 증거의 설득력 있는 성질은 거의 보편적으로 인정되었다.[22]

참조

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