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후각세포 & G-protein

후각기관 :  후각 메커니즘, 경로
- 후각세포 : GPCR
- 작은 통합 glomerulus
- 후각 수용체 종류









코에는 1000만개의 후각세포가 있다. 그리고 각각 후각세포의 섬모에 1000개 정도의 후각수용체(Receptor)가 있다. 코의 1cm3 정도의 영역에 존재하는 1000*1000만개의 수용체가 우리가 느끼는 수만가지 맛의 원천인 것이다.
그런데 특이한 것은 후각망울에 존재하는 사구체는 1000개에 불과하다는 것이다. 그림에는 한개의 사구체에 후각세포가 고작 4개가 연결된 그림이라 자연스럽게 보이지만 100개나 1000개도 아니고 무려 1만개가 1 세포에 연결된 그림을 어떻게 그려야 할지도 모르게 대단한 양이다. 시각이라 다른 감각에도 이처럼 감각세포의 값이 연합하는 모습은 있지만 후각처럼 10,000로 연결된 것은 없다.
후각세포의 수명은 고작 2달이라 매달 500만개의 후각 세포를 새로 만들고, 그것을 400개 중에 하나에 불과한 자신과 매칭되는 사구체에 정확히 연결시켜야 한다. 그것도 하나의 사구체에 무려 1만개를 ... 그것이 어떻게 가능할까

1개의 후각세포에는 1000개의 후각센서(수용체)가 부착되어 있다. 그런데 각각의 후각세포는 인간의 모든 유전자를 가지있어서 400종의 후각 수용체를 모두 발현할 수가 있다. 그럼 각각의 후각세포에는 몇 종류의 후각수용체가 발현되어 있을까?
후각세포마다 모든 후각 유전자가 발현되어 모든 냄새를 맡을 수도 있지 않을까? 이것에 대한 의문은 컬럼비아 대학교 연구팀의 기발한 실험에 의해 해결되었다
생쥐의 유전자를 조작하여 특정 냄새 유전자가 발현되는 후각세포는 모두 파랗게 염색되도록 한 것이다. 각각의 후각세포에 모든 냄새 수용체가 발현되면 모든 후각세포가 파랗게 물들 것이고, 특정 수용체만 발현되면 그 세포만 염색될 것이다.
쥐의 경우 후각세포 1000개 중에 1개만 염색(쥐는 후각세포의 종류가 무려 1000개) 되는 것을 통해 한 후각세포에는 한종류의 후각수용체만 발현됨을 밝힌 것이다

혀로 느끼는 맛은 5가지에 불과하고 각각의 수용체의 종류 1~2개에 불과할 정도로 단순한데, 쓴맛만 좀 복잡하다. 무려 25종 이상이다. 그럼 쓴맛을 느끼는 맛세포는 후각세포처럼 1종의 수용체만 발현이 되어있을까 25종이 모두 발현되어 있을까? 결론은 후자라고 한다.
1종의 쓴맛세포에는 25종의 수용체가 발현되어 어떠한 쓴맛 물질이 결합하던 뇌로 전달되는 것은 단순히 쓴맛 1종이 된다. 그런데 사람마다 쓴맛의 수용체의 발현이 똑같을까
전혀 아닐 가능성이 높다. 특정 쓴맛 수용체가 훨씬 많이 발현된 사람도 있을 것이고 전혀 발현되지 않는 사람마저 있을 것이다. 그런데 쓴맛 수용체는 후각 수용체처럼 한가지 물질에만 반응하지 않고 여려 물질에 반응한다. 특정 쓴맛 물질에 강력하게 결합하는 수용체가 없어도 다른 쓴맛 수용체를 통해 어느 정도는 느낄 수 있는 것이다.
그래서 쓴 맛으로는 느껴지지만 거부감이 별로 없는 사람도 있고, 다른 쓴맛은 참아도 그 쓴맛 만큼은 도저히 참을 수 없는 사람도 있는 것이다. 사람마다 맛에 대한 취향이 달라지는 결정적인 요인은 단맛, 짠맛, 감칠맛 보다는 쓴맛일 가능성이 높다.
그나마 이 정도의 음식의 다양성이 유지되는 것은 이런 쓴맛의 개인차 덕분일 것이다.

후각 세포, 혀에도 존재해
강지희 승인 2019.06.07

음식의 맛은 대개 혀의 미각이 담당하는데요. 위의 사례처럼 우리는 음식을 먹을 때 미각 뿐만 아니라 시각, 청각, 후각 등의 감각 수용 기관을 통해 맛을 입체적으로 경험합니다. 여러 감각을 담당하는 수용기 세포들은 따로 존재한다고 생각할 수 있는데요. 에 게재된 논문에 따르면 혀에 있는 미각 세포에 후각 수용기 세포가 일부 존재한다고 합니다.
인간을 포함한 고등척추동물에서 미각에 대한 수용체는 미뢰(taste bud) 안에 들어있습니다. 미뢰는 사람 혀의 위 표면에 가장 많이 분포하며 구강과 목에도 9,000개 가량의 미뢰가 존재하죠.
전형적인 미뢰는 50개의 길고 방추형으로 생긴 수용기 세포들과 오렌지 조각들처럼 배열된 보조세포들로 구성됩니다. 미뢰에는 미공(taste pore)이라는 작은 열린 구멍이 있는데요. 구강 속 액체는 이곳을 통해 들어와서 수용체 세포와 접촉한다고 합니다.
척추동물의 미각 수용체 세포는 상피세포가 변형된 것으로 표면이 여러 차례 접혀있는 미세융털의 미공을 통해 살짝 돌출돼 있습니다. 그래서 구강내용물에 접촉하는 표면을 극대화하죠.
미세융털의 세포막에는 수용체가 들어있어 주변 환경의 화학분자들과 선택적으로 결합합니다. 입에 들어온 액체나 침에 용해된 고체성분들과 같은 수용액의 화학분자들만이 결합할 수 있는데요. 이런 화합물들을 '미각원'이라 부릅니다.
미각원이 수용체 세포에 결합하면 세포의 이온채널에 영향을 줘 탈분극 수용기 전위를 만듭니다. 이 수용기 전위는 다시 수용기 세포와 시냅스를 이루는 구심성 신경섬유의 말단에서 활동 전위를 일으킵니다. 여기서 발생한 감각입력들은 뇌간과 시상을 거쳐 체감각피질의 혀 영역 옆에 있는 두정엽의 미각피질 영역으로 가고 맛을 느끼게 되는 겁니다.
사람들은 수천 가지 다른 맛들을 구별할 수 있지만 맛은 다섯 가지 범주로 나뉘며 이들이 혼합되어 전체 맛이 나타납니다. 다섯 가지 맛으로는 단맛, 쓴맛, 신맛, 짠맛, 우마미 등이 있는데요. 우마미(Umami)맛은 고기맛, 짭짤한 맛이라고도 불립니다. 5가지의 맛을 구별하는 각 수용기 세포는 다섯 가지의 맛에 각각 다른 정도로 반응하지만 어느 한 가지에 가장 높은 반응을 보인다고 합니다.

미국 모넬화학감각연구소(Monell Chemical Senses Center)의 세포생물학자 Mehmet Hakan Ozdener의 연구진은 쥐와 인간의 미각 세포를 배양하는 실험을 했습니다. 연구진은 미각 세포를 구성하는 분자들을 알아보기 위해 '칼슘 이미징(Calcium imaging)'이란 방법을 사용했는데요. 칼슘 이미징이란 세포 내 중요한 2차 신호전달물질인 칼슘의 농도를 이미지화함으로써 세포의 활성을 확인할 수 있는 실험을 말합니다.
연구진은 칼슘 이미징으로 미각 세포의 경로를 확인했습니다. 확인한 결과 연구진은 미각 세포가 냄새 분자에 반응을 한다는 것을 발견했으며 미각 세포에 후각 수용체가 있다는 점도 발견했습니다.
"후각 수용체와 미각 수용체는 서로 다른 두 해부학적 위치에 있다고 알려져 있다. 후각과 미각의 상호작용은 후각 신호와 미각 신호가 뇌에서 만나야 이뤄진다고 여겼다. 하지만 미각 세포에서도 후각과 미각이 상호작용할 수 있다" Ozdener가 말했습니다.  

후각 수용체 세포 뿐만 아니라 미각 수용체 세포도 다른 부위에 존재한다고 합니다. 췌장, 호흡계, 폐, 고환, 방광 등인데요. 단맛을 담당하는 수용체 세포와 쓴맛을 담당하는 수용체 세포는 둘 다 기도 내에서 발현되며 면역 및 방어 반응에서 중요한 역할을 한다고 합니다. 단맛과 쓴맛을 담당하는 수용체 세포는 특히 만성 부비동염을 포함한 호흡기 질환의 감염에 영향을 미친다고 합니다. 단맛과 쓴맛을 담당하는 수용체 세포는 호흡기관의 방어에 중요한 역할을 하며 호흡기 내 염증 및 항균 활성을 조절하는 역할을 합니다.사람의 호흡기가 박테리아에 감염되면 호흡기 표면의 포도당 농도를 감소시켜 단맛과 쓴맛 수용체 세포의 자극과 신호전달을 억제합니다. 호흡기 질환에는 기본적으로 항생제를 처방하지만 기도에 있는 단맛과 쓴맛 수용체 세포를 자극하면 호흡기의 방어 기전이 강화될 수 있습니다.

Mammalian Taste Cells Express Functional Olfactory Receptors. Chemical Senses, Volume 44, Issue 5, June 2019, Pages 289–301