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망막 수평 세포

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1. 개요

망막 수평 세포는 망막에서 발견되는 중간 신경 세포의 한 유형으로, 광수용체 세포에 시냅스하여 입력을 합산한다. 수평 세포는 광수용체에 음성 피드백을 제공하여 빛의 변화에 반응하며, 망막의 중심 영역에서 개체수 밀도가 더 높다. 또한, 망막 모자이크 배열을 통해 시야의 모든 부분이 완전한 처리 요소 세트에 접근할 수 있도록 돕는다.

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망막 수평 세포
기본 정보
망막 뉴런의 평면도
위치망막
계통시각계

2. 구조

종에 따라 일반적으로 한두 종류의 수평 세포가 있으며, 때로는 세 번째 유형도 제안된다.[1]

2. 1. 밀도 및 배열

수평 세포는 광수용체를 가로질러 뻗어 있으며, 광수용체 세포에 시냅스하기 전에 입력을 합산한다.[1] 수평 세포는 양극 세포에도 시냅스할 수 있지만, 이는 아직 불확실하다.[4]

망막 중심 영역으로 갈수록 수평 세포의 개체수 밀도가 더 높다. 고양이의 경우, A형 수평 세포는 망막 중심 근처에서 225cells/mm2의 밀도를 가지며, 더 주변부 망막에서는 120cells/mm2의 밀도를 보인다.[5]

수평 세포와 다른 망막의 중간 신경 세포는 우연히 발생하는 것보다 동일한 아형의 이웃이 될 가능성이 적어, 이를 분리하는 '배제 구역'이 생성된다. 망막 모자이크 배열은 각 세포 유형을 망막 전체에 균등하게 분배하여 시야의 모든 부분이 완전한 처리 요소 세트에 접근할 수 있도록 하는 메커니즘을 제공한다.[5] MEGF10 및 MEGF11 막관통 단백질은 쥐의 수평 세포 및 성상 아마크린 세포에 의한 모자이크 형성에 중요한 역할을 한다.[6]

3. 기능

수평 세포는 망막에서 빛을 감지하는 광수용체 세포와 상호작용하여 시각 정보 처리에 중요한 역할을 한다. 수평 세포는 광수용체로부터 글루탐산이라는 신경전달물질을 받아 탈분극되는데, 이는 세포 내 전압을 변화시킨다. 수평 세포의 탈분극은 주변 광수용체를 과분극시켜 빛에 대한 반응을 억제한다.[1] 반대로 빛이 들어오면 광수용체는 글루탐산 방출을 줄이고, 이는 수평 세포를 과분극시켜 주변 광수용체의 탈분극을 유도한다. 이러한 과정을 통해 수평 세포는 광수용체에 음성 피드백을 제공하여 망막이 빛의 변화에 더 민감하게 반응하도록 돕는다.[1]

수평 세포는 넓게 퍼져 있으며 갭 연접으로 연결되어 있어, 망막의 넓은 영역에서 들어오는 빛의 평균 밝기를 감지할 수 있다.[1] 이를 통해 수평 세포는 광수용체에서 들어오는 신호의 세기를 조절하여, 망막 내부 회로가 효율적으로 작동하도록 돕는다. 또한, 수평 세포는 망막 신경절 세포의 주변부 억제에 기여하는 중요한 세포 중 하나이다.[1]

수평 세포가 광수용체를 억제하는 정확한 메커니즘은 아직 완전히 밝혀지지 않았지만, GABA라는 신경전달물질이 관여할 가능성은 낮다고 알려져 있다.[4][7][8] 대신, 수평 세포와 원추 세포 사이의 함입 시냅스에서 일어나는 두 가지 메커니즘이 제시되고 있다.[4][9] 하나는 매우 빠른 속도로 신호를 전달하는 삽입 메커니즘이고,[4][10][11] 다른 하나는 파넥신 1 채널을 통해 ATP를 방출하여 시냅스 틈의 pH를 조절하는 비교적 느린 메커니즘이다.[4][1][12][13][14]

양극 세포의 중심-주변 길항작용은 원추 세포에서 유래한다고 알려져 있으며, 특히 수평 세포의 함입 시냅스가 형성되는 원추 세포 종말에서 더 뚜렷하게 나타난다.[15]

3. 1. 억제성 피드백

수평 세포는 빛이 없을 때 광수용체에서 글루탐산이 방출되어 탈분극된다. 수평 세포의 탈분극은 인접한 광수용체를 과분극시킨다. 반대로 빛이 있으면 광수용체는 글루탐산 방출을 줄여 수평 세포를 과분극시키고, 이는 인접한 광수용체의 탈분극으로 이어진다. 따라서 수평 세포는 광수용체에 음성 피드백을 제공한다. 수평 세포의 비교적 넓은 측면 확산과 갭 연접에 의한 연결은 망막 표면의 특정 영역에 떨어지는 평균 조도 수준을 측정하며, 수평 세포는 이 값을 광수용체의 출력에서 비례적으로 빼서 내부 망막 회로에 대한 신호 입력을 작동 범위 내로 유지한다.[1] 수평 세포는 또한 망막 신경절 세포의 주변부에 기여하는 두 그룹의 억제성 개재 뉴런 중 하나이다.[1]

'''조명 \to 중심 광수용체 과분극 \to 수평 세포 과분극 \to 주변 광수용체 탈분극'''

수평 세포의 탈분극이 광수용체를 과분극시키는 정확한 메커니즘은 불확실하다. 수평 세포가 GABA를 포함하지만, 수평 세포가 원추 세포를 억제하는 주요 메커니즘은 수평 세포가 원추 세포에 GABA를 방출하는 것과 관련이 없을 가능성이 높다.[4][7][8] 수평 세포가 원추 세포에 의한 글루탐산 방출을 억제하는 데 기여하는 두 가지 메커니즘이 있는데, 이는 상호 배타적이지 않다. 두 가지 가설 메커니즘 모두 수평 세포가 원추 세포에 형성하는 함입 시냅스에 의해 제공되는 보호된 환경에 의존한다.[4][9] 첫 번째 가설 메커니즘은 시냅스 지연이 없는 매우 빠른 삽입 메커니즘으로, 알려진 가장 빠른 억제성 시냅스 중 하나이다.[4][10][11] 두 번째 가설 메커니즘은 약 200ms의 시간 상수를 가지며 비교적 느리고, 원추 세포 시냅스 종말을 함입하는 수평 세포 수상돌기에 위치한 파넥신 1 채널을 통해 ATP가 방출되는 것에 의존한다. 엑토-ATP 분해 효소 NTPDase1은 세포 외 ATP를 AMP, 인산기 및 양성자로 가수분해한다. 인산기와 양성자는 pKa가 7.2인 pH 완충액을 형성하여 시냅스 틈의 pH를 비교적 산성으로 유지한다. 이는 원추 세포 Ca2+ 채널을 억제하고 결과적으로 원추 세포에 의한 글루탐산 방출을 감소시킨다.[4][1][12][13][14]

양극 세포의 중심-주변 길항작용은 원추 세포에서 유래된 것으로 생각된다. 그러나 양극 세포에 시냅스하는 원추 세포 종말에서 멀리 떨어진 원추 세포 부분에서 기록을 하면, 중심-주변 길항작용은 양극 세포보다 원추 세포에서 덜 신뢰할 수 있는 것으로 보인다. 수평 세포에서 유래된 함입 시냅스가 원추 세포 종말에 형성되기 때문에, 원추 세포의 중심-주변 길항작용은 원추 세포 종말에 더 신뢰성 있게 존재한다고 생각된다.[15]

3. 2. 탈분극 메커니즘

수평 세포는 빛이 없을 때 광수용체에서 글루탐산이 방출되어 탈분극된다. 수평 세포의 탈분극은 인접한 광수용체를 과분극시킨다. 반대로 빛이 있으면 광수용체는 글루탐산 방출을 줄여 수평 세포를 과분극시키고, 이는 인접한 광수용체의 탈분극으로 이어진다. 따라서 수평 세포는 광수용체에 음성 피드백을 제공한다.[1] 수평 세포의 비교적 넓은 측면 확산과 갭 연접에 의한 연결은 망막 표면의 특정 영역에 떨어지는 평균 조도 수준을 측정하며, 수평 세포는 이 값을 광수용체의 출력에서 비례적으로 빼서 내부 망막 회로에 대한 신호 입력을 작동 범위 내로 유지한다.[1]

'''조명 \to 중심 광수용체 과분극 \to 수평 세포 과분극 \to 주변 광수용체 탈분극'''

수평 세포의 탈분극이 광수용체를 과분극시키는 정확한 메커니즘은 불확실하다. 수평 세포가 GABA를 포함하지만, 수평 세포가 원추 세포를 억제하는 주요 메커니즘은 수평 세포가 원추 세포에 GABA를 방출하는 것과 관련이 없을 가능성이 높다.[4][7][8] 수평 세포가 원추 세포에 의한 글루탐산 방출을 억제하는 데 기여하는 두 가지 메커니즘이 있는데, 이는 상호 배타적이지 않다. 두 가지 가설 메커니즘 모두 수평 세포가 원추 세포에 형성하는 함입 시냅스에 의해 제공되는 보호된 환경에 의존한다.[4][9] 첫 번째 가설 메커니즘은 시냅스 지연이 없는 매우 빠른 삽입 메커니즘으로, 알려진 가장 빠른 억제성 시냅스 중 하나이다.[4][10][11] 두 번째 가설 메커니즘은 약 200ms의 시간 상수를 가지며 비교적 느리고, 원추 세포 시냅스 종말을 함입하는 수평 세포 수상돌기에 위치한 파넥신 1 채널을 통해 ATP가 방출되는 것에 의존한다. 엑토-ATP 분해 효소 NTPDase1은 세포 외 ATP를 AMP, 인산기 및 양성자로 가수분해한다. 인산기와 양성자는 pKa가 7.2인 pH 완충액을 형성하여 시냅스 틈의 pH를 비교적 산성으로 유지한다. 이는 원추 세포 Ca2+ 채널을 억제하고 결과적으로 원추 세포에 의한 글루탐산 방출을 감소시킨다.[4][1][12][13][14]

3. 3. 중심-주변 길항작용

수평 세포는 빛이 없을 때 광수용체에서 글루탐산이 방출되어 탈분극된다. 수평 세포의 탈분극은 인접한 광수용체를 과분극시킨다. 반대로 빛이 있으면 광수용체는 글루탐산 방출을 줄여 수평 세포를 과분극시키고, 이는 인접한 광수용체의 탈분극으로 이어진다. 따라서 수평 세포는 광수용체에 음성 피드백을 제공한다.[1] 수평 세포는 또한 망막 신경절 세포의 주변부에 기여하는 두 그룹의 억제성 개재 뉴런 중 하나이다.[1]

'''조명 \to 중심 광수용체 과분극 \to 수평 세포 과분극 \to 주변 광수용체 탈분극'''

수평 세포의 탈분극이 광수용체를 과분극시키는 정확한 메커니즘은 불확실하다. 수평 세포가 GABA를 포함하지만, 수평 세포가 원추 세포를 억제하는 주요 메커니즘은 수평 세포가 원추 세포에 GABA를 방출하는 것과 관련이 없을 가능성이 높다.[4][7][8] 수평 세포가 원추 세포에 의한 글루탐산 방출을 억제하는 데 기여하는 두 가지 메커니즘이 있는데, 이는 상호 배타적이지 않다. 두 가지 가설 메커니즘 모두 수평 세포가 원추 세포에 형성하는 함입 시냅스에 의해 제공되는 보호된 환경에 의존한다.[4][9] 첫 번째 가설 메커니즘은 시냅스 지연이 없는 매우 빠른 삽입 메커니즘으로, 알려진 가장 빠른 억제성 시냅스 중 하나이다.[4][10][11] 두 번째 가설 메커니즘은 약 200ms의 시간 상수를 가지며 비교적 느리고, 원추 세포 시냅스 종말을 함입하는 수평 세포 수상돌기에 위치한 파넥신 1 채널을 통해 ATP가 방출되는 것에 의존한다. 엑토-ATP 분해 효소 NTPDase1은 세포 외 ATP를 AMP, 인산기 및 양성자로 가수분해한다. 인산기와 양성자는 pKa가 7.2인 pH 완충액을 형성하여 시냅스 틈의 pH를 비교적 산성으로 유지한다. 이는 원추 세포 Ca2+ 채널을 억제하고 결과적으로 원추 세포에 의한 글루탐산 방출을 감소시킨다.[4][1][12][13][14]

양극 세포의 중심-주변 길항작용은 원추 세포에서 유래된 것으로 생각된다. 그러나 양극 세포에 시냅스하는 원추 세포 종말에서 멀리 떨어진 원추 세포 부분에서 기록을 하면, 중심-주변 길항작용은 양극 세포보다 원추 세포에서 덜 신뢰할 수 있는 것으로 보인다. 수평 세포에서 유래된 함입 시냅스가 원추 세포 종말에 형성되기 때문에, 원추 세포의 중심-주변 길항작용은 원추 세포 종말에 더 신뢰성 있게 존재한다고 생각된다.[15]

참조

[1] 논문 The neuronal organization of the retina
[2] 논문 Functional Circuitry of the Retina 2015-11
[3] 논문 Versatile functional roles of horizontal cells in the retinal circuit 2017-07-17
[4] 논문 Lateral interactions in the outer retina 2012-09
[5] 논문 The mosaic of nerve cells in the mammalian retina 1978-03
[6] 논문 MEGF10 and MEGF11 mediate homotypic interactions required for mosaic spacing of retinal neurons
[7] 논문 Horizontal cells feed back to cones by shifting the cone calcium-current activation range 1996-12
[8] 논문 Surround antagonism in macaque cone photoreceptors 2003-11
[9] 논문 Center-surround antagonism mediated by proton signaling at the cone photoreceptor synapse 2003-12
[10] 논문 Hemichannel-mediated inhibition in the outer retina 2001-05
[11] 논문 Extracellular ATP hydrolysis inhibits synaptic transmission by increasing ph buffering in the synaptic cleft 2014-05
[12] 논문 pH changes in the invaginating synaptic cleft mediate feedback from horizontal cells to cone photoreceptors by modulating Ca2+ channels 2003-12
[13] 논문 Proton-mediated feedback inhibition of presynaptic calcium channels at the cone photoreceptor synapse 2005-04
[14] 논문 Effects of pH buffering on horizontal and ganglion cell light responses in primate retina: evidence for the proton hypothesis of surround formation 2008-01
[15] 논문 Electrical feedback mechanism in the processing of signals in the outer plexiform layer of the retina 1986
[16] 논문 The neuronal organization of the retina
[17] 논문 Functional Circuitry of the Retina 2015-11
[18] 논문 Versatile functional roles of horizontal cells in the retinal circuit 2017-07-17



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