도파민의 합성, 수용체, 수의적 운동 조절

도파민은 운동 조절, 보상 및 동기 부여 등에 관여하는 신경 전달 물질로 뇌에 존재하는 도파민성 뉴런에서 합성된다. 음식이나 약물로 도파민을 섭취할 수 있으나 이렇게 체내로 유입된 도파민은 혈액-뇌 장벽을 통과할 수 없다. 따라서 도파민성 뉴런에서 합성된 도파민만이 뇌의 신경 경로를 따라 이동하며 신경 전달 물질로 작용할 수 있다. 도파민을 비롯한 신경 전달 물질은 시냅스 틈을 사이에 두고 연결해 있는 뉴런 간의 신호 전달을 매개한다. 이때 신경 전달 물질을 합성하고 이를 시냅스 틈으로 분비함으로써 신호를 전달하는 뉴런이 시냅스 전 뉴런, 분비된 신경 전달 물질을 수용체를 통해 받아들임으로써 신호를 전달받는 뉴런이 시냅스 후 뉴런에 해당한다. 도파민 합성을 시작하는 아미노산인 티로신이 시냅스 전 뉴런에 해당하는 도파민성 뉴런으로 흡수되면 티로신은 효소에 의해 레보도파로 합성되고, 레보도파는 또 다른 효소에 의해 도파민으로 합성된다. 합성된 도파민은 뉴런 내 시냅스 소포에 저장되었다가 뉴런이 활성화되면 시냅스 틈으로 분비되어 시냅스 후 뉴런의 도파민 수용체에 결합함으로써 시냅스 후 뉴런으로 신호를 전달하게 된다.

도파민 수용체는 두 가지 계열로 나뉘는데 D1 계열은 뉴런 내 신호 전달의 활성을 유도하는 흥분성 수용체로, D2 계열은 뉴런 내 신호 전달의 활성을 억제하는 억제성 수용체로 작용한다. 이 중 D2 계열 수용체는 시냅스 후 뉴런뿐만 아니라 시냅스 전 뉴런인 도파민성 뉴런에도 위치할 수 있다. 도파민성 뉴런에 있는 D2 계열 수용체를 자가 수용체라고 하는데, 여기에 시냅스 틈으로 분비된 도파민이 결합하면 도파민성 뉴런 내 신호 전달의 활성화가 억제되어 도파민 분비가 중단된다. 따라서 도파민성 뉴런에 D2 계열 수용체가 있는 경우에는 도파민성 뉴런 스스로 도파민 분비를 조절할 수 있다. 한편 시냅스 틈으로 분비된 도파민 중 일부는 도파민 수용체에 결합하지 않고 도파민성 뉴런에 위치한 도파민 수송체(DAT)에 의해 도파민성 뉴런으로 재흡수되기도 한다. 재흡수된 도파민은 시냅스 소포에 저장되었다가 재사용되거나, 도파민 분해 효소에 의해 뉴런 안에서 분해된다. 다만 모든 도파민성 뉴런에 DAT가 있는 것은 아니기 때문에 DAT가 없는 도파민성 뉴런에서 분비된 도파민은 뉴런 밖에서 분해된다.

도파민이 관여하는 인체의 다양한 작용 중에는 의지에 따른 움직임인 수의적 운동의 조절이 포함된다. 수의적 운동은 기저핵에서 선조체와 내측 창백핵을 연결하는 두 가지 신경 경로가 상호 보완적으로 기능하면서 조절된다. 선조체 뉴런과 내측 창백핵 뉴런은 억제성 신경 전달 물질인 가바를 합성하는 가바성 뉴런이다. 선조체와 내측 창백핵이 직접 연결되는 ㉠직접 경로에서는 선조체 뉴런이 활성화되어 내측 창백핵으로 가바가 분비되면 시상으로 연결된 내측 창백핵 뉴런의 활성이 억제된다. 이로 인해 시상으로 가바가 분비되지 않으면 시상의 글루타메이트성 뉴런이 억제 상태에서 벗어나 활성화되면서 대뇌 피질의 운동 영역으로 흥분성 신경 전달 물질인 글루타메이트가 분비되어 운동이 시작된다. 반면 선조체와 내측 창백핵이 기저핵의 다른 부위를 거쳐 간접적으로 연결되는 ㉡간접 경로에서는 선조체 뉴런이 활성화되면 내측 창백핵으로 연결되는 뉴런들 간의 신호 전달을 통해 내측 창백핵으로 글루타메이트가 분비되어 내측 창백핵 뉴런이 활성화된다. 따라서 이후 직접 경로와는 상반된 작용이 일어나 운동이 차단된다.

흑질의 도파민성 뉴런은 선조체로 연결되어 직접 및 간접 경로를 통해 수의적 운동의 조절에 영향을 미친다. 직접 경로의 선조체 뉴런에는 D1 계열 수용체가, 간접 경로의 선조체 뉴런에는 D2 계열 수용체가 밀집되어 있다. 따라서 흑질의 도파민성 뉴런에서 분비된 도파민은 직접 경로를 활성화하고 간접 경로는 억제하여 목표하는 운동의 시작을 수월하게 함으로써 운동을 촉진하게 된다.