간극결합채널의 개폐는 주로 세포간 전압에 의해 좌우된다. 세포간 전압 일 때에 간극결합채널을 통화하는 이온들 값이 증가함에 따라서 전류는 줄어들게 되며, 이온의 전도 값에 따라 좌우된다. 또한 connexin 단위체의 종류에 따라서 두 가지의 개폐양상이 나타나며 양성전압환경에서 닫히던 간극결합채널이 음성전압환경에서 닫히고 양성전압에서는 열린다.
<h2>전압-의존적 개폐</h2> <p>전압-의존적 이온채널(voltage-dependent ion channels)은 세포 안쪽과 바깥쪽에 형성된 전위차, 즉 막전압 (mem-brane potential, \( \mathrm{V}_{\mathrm{m}} \))에 의해서 특성이 좌우된다. 예를 들어, 신경세포에 있는 전압-의존적 \( \mathrm{Na}^{+} \)이온채널은 안정상태 \( \left(\mathrm{V}_{\mathrm{m}}\right. \)\( =-65 \mathrm{mV} \))에서는 채널이 닫혀 있지만, 막전압이 탈분극 (de-polarization, \( V_{m}=-40 \mathrm{mV} \))이 되면 채널이 열리게 된다. 간극결합채널도 막전압에 의해서 영향을 받기도 하지만 이보다는 두 세포사이에 형성된 전위차, 즉 세포간 전압 (trans-junctional voltage, \( \mathrm{V}_{\mathrm{j}} \))에 더욱 민감하게 반응한다. 이러한 간극결합채널의 전압 의존도는 전기적 시냅스에서 오랜 전에 보고된 바 있다. 두 세포사이에 전위차가 없을 때에는, 즉 세포간 전압 \( \mathrm{V}_{\mathrm{j}}=0 \) 일 때는 간극결합채널을 통과하는 이온들 즉, 전류가 최대값에 도달하며 \( \mathrm{V}_{\mathrm{j}} \) 값이 증가함에 따라서 전류는 줄어들게 된다. 달리 표현하면, 이온의 전도(con-ductance, \( \mathrm{G} \) )는 \( \mathrm{V}_{\mathrm{j}} \) 값에 따라 좌우된다. 특히 이러한 전압 의존도는 간극결합채널을 구성하고 있는 connexin 단위체에 따라서 매우 다르게 나타난다. 즉, \( \mathrm{Cx} 26 \) 채널은 \( \mathrm{V}_{\mathrm{j}} \) 값에 따라 G 값이 매우 완만하게 줄어드는 반면, \( \mathrm{Cx} 45 \) 채널의 G 값은 매우 급격하게 줄어든다. 전압에 따른 전도의 변화는 \( \mathrm{V}_{\mathrm{j}}=0 \) 일 때를 중심으로 대칭으로 나타나는 것이 일반적이다. 이러한 대칭성의 전도-전압곡선(symmetric \( \mathrm{G}-\mathrm{V} \) plot)은 간극결합채널을 구성하는 두 개의 connexon이 서로 머리를 맞대고 직렬로 연결되어 있으며 개개의 connexon이 처한 전압환경에 따라서 독립적으로 개폐가 좌우되기 때문이다.</p> <p>간극결합채널의 개폐는 앞서 언급한데로 주로 세포간 전압에 의해 좌우된다. 또한 connexin 단위체의 종류에 따라서 두 가지의 개폐양상이 나타난다. 한 그룹은 상대적인 전압이 양성(positivity 혹은 depolarization)일 때 간극결합채널이 닫히는 반면, 다른 한 그룹은 음성(negativity 혹은 hyper-polarization)일 때 채널이 닫힌다. 전자의 경우는 \( \mathrm{Cx} 26 \), \( \mathrm{Cx} 37, \mathrm{Cx} 38, \mathrm{Cx} 40, \mathrm{Cx} 46 \), 그리고 \( \mathrm{Cx} 50 \) 으로 구성된 간극결합채널이 이에 해당하고, \( \mathrm{Cx} 30, \mathrm{Cx} 32, \mathrm{Cx} 43 \), 그리고 \( \mathrm{Cx} 45 \) 로 이루어진 간극결합채널이 후자의 경우에 해당한다. 이처럼 간극결합채널을 닫히게 하는 전압환경을 개폐극성(gating polarity)이라고 부른다. \( \mathrm{Cx} 26 \) 단위체로 이루어진 connexon 과 \( \mathrm{Cx} 32 \)로 이루어진 connexon이 서로 연결되어 형성된 이형 간극결합채널 \( (\mathrm{Cx} 26 / \mathrm{Cx} 32 \) channel)은 이러한 개폐극성을 잘 설명하는 매우 독특한 전도-전압곡선을 나타낸다. 즉, \( \mathrm{Cx} 26 \) connexon이 음성이고 \( \mathrm{Cx} 32 \) connexon이 상대적으로 양성인 전압환경에서는 이온의 전도가 줄어들지 않지만, 반대의 전압환경에서는 간극결합채널의 개폐가 유도되어 이온의 전도가 줄어드는 비대칭적 전도-전압곡선을 나타낸다. 이는 간극결합채널을 이루는 두 개의 connexon이 각기 정반대의 개폐극성을 갖고 있기 때문이다. 특히 이형 간극결합 채널을 발현하는 세포로부터 단일이온채널기록을 하면 개폐 극성을 더욱 확실히 알 수 있다. \( \mathrm{Cx} 26 \)과 \( \mathrm{Cx} 32 \) 로 이루어진 이형 간극결합채널 \( (\mathrm{Cx} 26 / \mathrm{Cx} 32 \) channel)의 경우를 예를 들면, \( \mathrm{Cx} 32 \) connexon 쪽이 음성전압일 때(상대적으로 \( \mathrm{Cx} 26 \) connexon 쪽은 양성전압환경) \( \mathrm{Cx} 26 / \mathrm{Cx} 32 \) 채널은 개폐현상이 일어나 열려있는 상태(open state)와 채널이 닫혀있는 상태(closed state)를 반복하지만, 반대의 조건에서는 \( (\mathrm{Cx} 32 \) 쪽이 상대적으로 양성이거나 \( \mathrm{Cx} 26 \)쪽이 상대적으로 음성전압 환경일 때) 채널은 항상 열려 있는 상태를 유지하고 있다.</p> <p>일반적인 세포막채널과 달리 간극결합채널의 연구는 두 세포가 필수적이며 따라서 전기적 측정장치와 미세조작도 각 세포마다 필요하다. 그러나 간극결합채널을 구성하는 각각의 connexon이 독립적으로 작용하며 세포막채널처럼 기능을 나타내는 connexon이 밝혀지면서 간극결합채널의 개폐연구에 많은 진전을 가져왔다. \( \mathrm{Cx} 46 \) 단위체가 6개 모여 이루어진 \( \mathrm{Cx} 46 \) connexon은 세포막채널처럼 단일 세포에서도 이온채널의 기능을 나타낸다. 이러한 기능적인 con-nexon은 최근 다른 connexin 단위체로 이루어진 connexon 에서도 보고되고 있다.</p> <p>간극결합채널의 여러 부위를 분자유전학적으로 돌연변이체를 만들어 간극결합채널의 어느 부위가 즉, connexin 단위체의 특정부위가 간극결합채널의 개폐극성을 좌우하는지를 알아보는 많은 노력이 있어왔다. 여러 연구결과 가운데서 아미노말단에 존재하는 특정 아미노산의 잔기가 매우 중요한 것으로 나타났다. \( \mathrm{Cx} 26 \) 단위체의 두 번째 아미노산인 aspartate (음성전하를 띠는)를 중성 또는 양성전하를 띠는 아미노산으로 치환하면 개폐극성이 양성에서 음성으로 변한다. 즉 양성전압환경에서 닫히던 \( \mathrm{Cx} 26 \) 간극결합채널이 음성전압환경에서 닫히고 양성전압에서는 열리게 된다. 반대로 두 번째 아미노산이 중성(asparigine, N)인 \( \mathrm{Cx32} \) 단위체를 음성전하를 띠는 아미노산(glutamate, E)으로 치환하면 개폐극성이 음성에서 양성으로 변한다. 이러한 개폐극성의 변화는 간극결합채널 뿐만 아니라 이들을 구성하는 connexon 에서도 관찰된 바 있다. 또한 아미노말단의 8 번째 아미노산까지는 전압환경에 노출되어 전압을 감지하는 것으로 보고하고 있다. 따라서 간극결합채널을 구성하는 두 개의 connexon의 독립적인 특성이 완전한 간극결합채널의 특성을 좌우한다는 기존의 보고는 매우 설득력이 있다.</p>