[논문]학습과 기억에서 NMDA 수용체의 역할

김승현; 신경호

학습과 기억에서 NMDA 수용체의 역할
The Role of NMDA Receptor in Learning and Memory 원문보기

수면·정신생리 = Sleep medicine and psychophysiology, v.7 no.1, 2000년, pp.10 - 17

김승현 (고려대학교 의과대학 정신과학교실) , 신경호 (고려대학교 의과대학 약리학교실)

Abstract ▼ AI-Helper

To investigate the neurobiological bases of learning and memory is one of the ambitious goals of modern neuroscience. The progress in this field of recent years has not only brought us closer to understanding the molecular mechanism underlying long-lasting changes in synaptic strength, but it has also provided further evidence that these mechanisms are required for memory formation. Since twenty years ago, several studies for the tests of the hypothesis that NMDA-dependent hippocampal long-term potentiation(LTP) underlies learning have been reported. Also, in the recent year, data from mutant mice showed that a potential role for NMDA-dependent LTP in hippocampal CA1 and spatial learning. Although the current evidence for the role of NMDA receptor in learning and memory is not still obvious, NMDA receptor seems to act as a critical switch for activation of a cascade of events that underlie synaptic plasticity.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본고의 첫째 부분에서는 간략하게 EAANs와 관련된 수용체 아형들에 대해 소개하고 둘째 부분에서는 NMDA 수용체, 학습과 기억, 그리고 long-term potentiation(이하, LTP)과의 연관성에 대해 설명하려고 한다. 마지막 부분에서는 NMDA 수용체의 분자생물학적 특성 및 기억에 미치는 영향 등에 대해 고찰하려고 한다.
본고에서는 NMDA 수용체의 다양한 역할들 중에서 주로 학습과 기억과 관련된 부분들에 대해 초점을 맞추어 신경생물학의 관점에서 고찰하려고 하며 최근까지 보고되고 있는 관련된 연구문헌들을 함께 소개하고자 한다. 학습과 기억 기능이란 인간을 비롯한 대부분의 고등동물들에서 오랜 시간동안의 진화과정을 거쳐 가장 고도로 발달된 특수한 뇌의 기능으로서 이러한 복잡한 체계를 몇몇 수용체들만이 관련된 기능으로서 설명할 수는 없다.

제안 방법

본고의 첫째 부분에서는 간략하게 EAANs와 관련된 수용체 아형들에 대해 소개하고 둘째 부분에서는 NMDA 수용체, 학습과 기억, 그리고 long-term potentiation(이하, LTP)과의 연관성에 대해 설명하려고 한다. 마지막 부분에서는 NMDA 수용체의 분자생물학적 특성 및 기억에 미치는 영향 등에 대해 고찰하려고 한다.

성능/효과

또한 해마조직 절편의 Schaffer’s collateral-CA1 pathway에서 1초 동안 100 Hz의 일회성 전기 자극을 주었을 때 LTP가 유발되었고, 해마신경세포의 정상 적인 신경발사 속도(4∼12 Hz, θ rhythm)에 해당되는 전기자극을 주었을 때, 대조군에서는 LTP가 관찰되지 않았으나, Doogie mice에서는 LTP가 유발됨을 관찰하였다. 기억과 관련된 행동검사에서는 visual recognition memory test, contextual fear conditioning, fearextinction test, 그리고 Morris water maze test 모두에서 이들 NR2B transgenic mice가 대조군에 비하여 유의하게 더 나은 수행능력을 보였다. 이 실험결과들은 나이가 들면서 뇌내 NMDA 수용체 구성 중 NR2B의 구성비가 감소하고 이로 인하여 기억력이 저하될 것이라는 가설과 일치하는 주목할만한 결과이며 NR2B subunit이 노화에 따른 학습과 기억의 감퇴에 관여하는 일종의 molecular switch의 역할을 하는 것으로 추정되고 있다(19).
1983년 Collingridge 등은 동물실험에서 low frequency stimulation에 의해서는 NMDA 수용체의 활성화가 일어나지 않지만 LTP를 일으키는 강도의 tetanic stimulation에 의해서는 NMDA 수용체의 활성화가 일어난다는 사실을 보고하였다(5). 또한 선택적 NMDA 수용체 길항제(selective NMDA receptor antagonist)를 실험동물에게 투여하면 synaptic response 자체는 영향을 받지 않지만 LTP가 유도되지 않는다는 결과를 제시하여 LTP와 NMDA 수용체 사이의 중요한 관련성을 입증하였다. 그러나 일단 LTP가 유도된 후에는 APV(D-2-amino-5-phosphonovalerate)와 같은 NMDA 수용체 길항제를 투여하여도 LTP가 차단되지 않고 지속되며, 이러한 현상은 NMDA 수용체의 활성화가 LTP의 induction 과정에 관여하는 것이지 LTP의 expression과는 무관하다는 사실을 입증하는 결과로 해석할 수 있다.
최근 해마를 포함한 전뇌부의 NR2B subunit를 선택적으로 증가시킨 transgenic mice(일명, Doogie)에서 적출한 해마세포에서 NMDA에 의한 전류의 소멸속도(decay time)가 증가되고 NMDA 수용체에 의한 field EPSP(excitatory postsynaptic potential)가 대조군에 비하여 유의하게 증가됨을 보고하였다(19). 또한 해마조직 절편의 Schaffer’s collateral-CA1 pathway에서 1초 동안 100 Hz의 일회성 전기 자극을 주었을 때 LTP가 유발되었고, 해마신경세포의 정상 적인 신경발사 속도(4∼12 Hz, θ rhythm)에 해당되는 전기자극을 주었을 때, 대조군에서는 LTP가 관찰되지 않았으나, Doogie mice에서는 LTP가 유발됨을 관찰하였다. 기억과 관련된 행동검사에서는 visual recognition memory test, contextual fear conditioning, fearextinction test, 그리고 Morris water maze test 모두에서 이들 NR2B transgenic mice가 대조군에 비하여 유의하게 더 나은 수행능력을 보였다.

후속연구

최근의 분자생물학적 기법을 응용하여 좀 더 정교한 연구가 가능해지기는 했지만 아직은 기억이라는 가장 고도로 발달한 뇌의 기능을 명쾌하게 설명 하는 것은 거의 불가능하다. 그렇지만 학습과 기억에 관한 전기생리학적, 분자생물학적, 행동학적, 인지심리학적 이론들이 서로 상호 긍정적인 영향을 미치면서 계속 빠른 속도로 발전해 나가고 있으며 이와 관련된 생리현상은 물론, 인지장애 (cognitive disorders)와 같이 병적인 과정을 예방하거나 치료하는 데에도 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대부분의 포유동물의 뇌에서 가장 중요한 흥분성 아미노산 신경전달물질들로 여러 다른 수용체 아형에 작용하여 각각 다른 역할을 수행하는 것은?	그러나 최근 흥분성 아미노산 신경전달물질들(excitatory amino acid neurotransmitters, 이하 EAANs)이 신경 계의 발달과 분화, 신경가소성(synaptic plasticity), 신경세포의 사멸기전, 학습과 기억 등 뇌기능 전반에 걸쳐 미치는 영향이 매우 중요하고, 치매와 같은 신경퇴행성질환, 정신분열병 혹은 경련성 질환 등의 병리적 과정에서도 큰 역할을 할수 있다는 연구결과들이 보고되면서 새로운 전환기를 맞고 있다. 현재까지 밝혀진 바로는 glutamate와 aspartate가 대부분의 포유동물의 뇌에서 가장 중요한 EAANs으로 여러 다른 수용체 아형에 작용하여 각각 다른 역할을 수행하는 것으로 알려져 있다(1). 그리고 EAANs이 지니고 있는 여러 생리적 작용들 중에서 중추신경계의 운동조절, 행동 유형, 그리고 학습과 기억 기능들과 같이 정신과 영역과 밀접한 관련이 있는 기능들은 주로 N-methyl-D-aspartate(이하 NMDA) type의 수용체를 통하여 일어나는 것으로 보고되고 있다.
	EAANs이 지니고 있는 여러 생리적 작용들 중에서 중추신경계의 운동조절, 행동 유형, 그리고 학습과 기억 기능들과 같이 정신과 영역과 밀접한 관련이 있는 기능들은 주로 무엇을 통하여 일어나는 것으로 보고되고 있는가?	현재까지 밝혀진 바로는 glutamate와 aspartate가 대부분의 포유동물의 뇌에서 가장 중요한 EAANs으로 여러 다른 수용체 아형에 작용하여 각각 다른 역할을 수행하는 것으로 알려져 있다(1). 그리고 EAANs이 지니고 있는 여러 생리적 작용들 중에서 중추신경계의 운동조절, 행동 유형, 그리고 학습과 기억 기능들과 같이 정신과 영역과 밀접한 관련이 있는 기능들은 주로 N-methyl-D-aspartate(이하 NMDA) type의 수용체를 통하여 일어나는 것으로 보고되고 있다.
	Glutamatergic system은 어디에 가장 큰 비중을 차지하고 있는가?	Glutamatergic system은 중추신경계에서 흥분성 신경전달(excitatory synaptic transmission)의 가장 큰 비중을 차지하고 있지만, 1980년대 중반까지만 하여도 정신과영역에서 다른 신경전달계에 비하여 주목을 적게 받던 영역이었다. 그러나 최근 흥분성 아미노산 신경전달물질들(excitatory amino acid neurotransmitters, 이하 EAANs)이 신경 계의 발달과 분화, 신경가소성(synaptic plasticity), 신경세포의 사멸기전, 학습과 기억 등 뇌기능 전반에 걸쳐 미치는 영향이 매우 중요하고, 치매와 같은 신경퇴행성질환, 정신분열병 혹은 경련성 질환 등의 병리적 과정에서도 큰 역할을 할수 있다는 연구결과들이 보고되면서 새로운 전환기를 맞고 있다.

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