정답 해설정답은
3번 축삭둔덕입니다. 신경세포에서 활동전위(action potential)가 최초로 생성되는 부위는 축삭둔덕(axon hillock)과 그에 이어지는 축삭시작분절(axon initial segment, AIS)입니다. 이 두 부위를 합쳐 축삭둔덕-시작분절(AH-IS)이라고 부르며, 이곳에 전압개폐성 나트륨 통로(voltage-gated Na+ channel)가 매우 높은 밀도로 분포하기 때문에 활동전위의 역치(threshold)가 다른 부위보다 낮아 가장 먼저 탈분극이 일어납니다
[2].
오답 해설1번 가지돌기(dendrite)는 주로 시냅스 입력을 받아들이는 부위로, 수동적 전기신호인 시냅스후전위(EPSP/IPSP)를 세포체 방향으로 전달합니다. 일부 연구에서 가지돌기에도 나트륨 통로가 존재하고 TTX에 민감한 스파이크가 기록된 바 있으나, 이는 정상적인 활동전위 개시 부위라기보다는 역행성 전파(backpropagation)나 국소적 능동 전도에 관여합니다
[3].
2번 세포체(soma)는 가지돌기에서 모인 시냅스 입력을 통합하는 부위입니다. 세포체에도 나트륨 통로가 존재하지만, 그 밀도가 축삭둔덕-시작분절보다 낮아 활동전위가 최초로 발생하는 지점은 아닙니다. 동시 패치클램프 기록에서 정방향성(orthodromic) 활동전위는 축삭에서 먼저 시작된 후 세포체로 침입해 들어오는 것으로 확인되었습니다
[2].
4번 랑비에결절(node of Ranvier)은 유수신경섬유에서 수초(myelin sheath)가 끊겨 있는 부위로, 나트륨 통로가 밀집되어 활동전위가 도약전도(saltatory conduction) 방식으로 재생성되는 지점입니다. 그러나 활동전위가
최초로 만들어지는 부위는 아니며, 축삭둔덕에서 시작된 활동전위가 랑비에결절을 따라 빠르게 전파됩니다.
5번 축삭종말(axon terminal)은 활동전위가 도달하면 전압개폐성 칼슘 통로가 열리면서 신경전달물질이 시냅스틈으로 방출되는 부위입니다. 활동전위의 전도 종착지이자 신호 전달의 출력 부위이지, 활동전위가 처음 발생하는 곳은 아닙니다.
임상 및 국시 관점에서의 핵심축삭둔덕-시작분절이 활동전위 개시 부위라는 사실은 신경계 질환의 병태생리를 이해하는 데 중요합니다. 예를 들어 나트륨 통로의 유전적 돌연변이나 자가면역 반응이 축삭시작분절의 나트륨 통로 밀도와 기능을 변화시키면 신경세포의 흥분성(excitability)이 비정상적으로 증가하거나 감소하여 간질, 신경병증성 통증, 탈수초질환 등의 증상으로 나타날 수 있습니다. 국시에서는 활동전위 발생 기전, 나트륨 통로의 분포, 도약전도와의 차이를 묻는 문항으로 자주 출제되므로, 축삭둔덕-시작분절의 나트륨 통로 고밀도 분포가 활동전위 역치를 낮추는 핵심 기전임을 연결지어 이해해야 합니다
[2].
또한 Palmer와 Stuart의 연구에서는 전압감응염료를 이용해 대뇌피질 5층 피라미드신경세포에서 활동전위가 축삭둔덕으로부터 약
35 μm 떨어진 지점에서 시작된다는 직접적인 증거를 제시했습니다
[1]. 이는 활동전위 개시가 축삭둔덕 자체보다 축삭시작분절에서 일어난다는 점을 보여주며, 해부학적으로는 축삭둔덕과 축삭시작분절이 인접해 있으므로 문제의 정답은 축삭둔덕으로 보는 것이 타당합니다. Stuart 등의 연구에서도 근위부 시냅스 자극 시 활동전위가 세포체에서 먼저 기록되었는데, 이는 축삭에서 시작된 활동전위가 세포체로 빠르게 역행 침입한 결과로 해석됩니다
[4].
참고 문헌 (논문 출처)
- [1]
Site of Action Potential Initiation in Layer 5 Pyramidal Neurons일반논문Lucy M. Palmer, Greg J. Stuart (2006) · DOI: 10.1523/jneurosci.4812-05.2006
- [2]
Axonal Action-Potential Initiation and Na + Channel Densities in the Soma and Axon Initial Segment of Subicular Pyramidal Neurons일반논문Costa M. Colbert, Daniel Johnston (1996) · DOI: 10.1523/jneurosci.16-21-06676.1996
- [3]
The site for initiation of action potential discharge over the somatodendritic axis of rat hippocampal CA1 pyramidal neurons일반논문RW Turner, D.E.R. Meyers, TL Richardson, JL Barker (1991) · DOI: 10.1523/jneurosci.11-07-02270.1991
- [4]
Action potential initiation and propagation in rat neocortical pyramidal neurons일반논문Greg J. Stuart, Jackie Schiller, Bert Sakmann (1997) · DOI: 10.1111/j.1469-7793.1997.617ba.x