[세포생물학] 10.2 : Caspase의 구조와 기능, apoptosis의 각종 경로

 

 

 

이번 포스트에서는 Caspase의 구조와 기능에 대해 알아보고, 이어서 apoptosis의 각종 경로들에 대해 알아보도록 할게요.

 

 

 

 

우선 initiator caspase의 구조에 대해 살펴볼게요. 특별히 Caspase 8의 구조를 예로 들자면, 이 녀석은 pro-domain, large subunit, small subunit으로 이루어져 있어요. 이 때 세포가 살아야 할 때는 b의 맨 왼쪽 형태와 같은 monomer단량체)가 불활성화된 상태로 존재해요.

 

그런데 만약 cell death signal(apoptotic signal)이 온다면 pro-domain이 잘려나가고 large subunit과 small subunit만으로 이루어진 녀석들끼리 서로 dimer(이량체)를 이루게 되죠.

 

 

 

다음으로 executioner caspase(이전에 살펴봤던 effector caspase와 같은 말)의 구조에 대해 살펴볼게요. 보면 이 녀석의 경우 large subunit과 small subunit으로 구성되어 있어요. 그런데 initiator caspase가 일단 활성화되면 이 caspase에 의해서 executioner caspase의 subunit 사이가 절단되고, 앞서와 마찬가지로 dimer를 이루어 activation이 이루어지게 돼요. 

 

 

 

 

다음으로 apoptosis가 일어나는 경로의 종류에 대해 살펴볼게요.

 

 

 

 

apoptosis는 크게 위 그림에 나타나 있는 것처럼 extrinsic pathway(외인성 경로)와 intrinsic pathway(내인성 경로)에 의해 발생할 수 있어요.

 

 

extrinsic pathway의 경우 위 그림 오른쪽과 같은데요. 보면 CD95L, TRAIL, TNF-\alpha 등의 death ligand(세포에게 죽음을 고지하는 리간드)가 cell의 death receptor에 결합하면 결과적으로 caspase-8이 activation되고, 이어서 caspase-8이 procaspase-3를 activation시켜서 active caspase-3가 형성돼요. 그 결과 apoptosis가 유발되는거죠.

 

 

intrinsic pathway의 경우 위 그림 왼쪽과 같은데요. 보면 genetic damage(유전적 손상), oxidative stress(산화 스트레스), high cytosolic stress 등에 의해서 mitochondria에 있는 cytochrome c 등의 물질이 cytosol로 쏟아져 나온 뒤, cytochrome c가 Apaf-1과 만나서 apoptosome을 형성해요. (이 때 이 apoptosome에는 pro-caspase들이 포함되어 있어요) 이어서 caspase-9이 activation되고 이 녀석이 caspase-3를 활성화시켜서 apoptosis가 유발되는거죠.

 

 

참고로 extrinsic pathway에서 활성화된 caspase-3는 Bid를 활성화시켜서 mitochondria 내부에 있는 cytochrome c의 유출에 기여할 수 있어요. (즉, extrinsic pathway도 intrinsic pathway와 연결되어 있는거죠)

 

 

 

그렇다면 이런 방식들에 의해 활성화된 effector caspase들은 어떤 식으로 apoptosis를 유발할까요?

 

 

 

 

우선 위 그림에 나타난 것과 같이 effector caspase는 ROCK1 단백질을 분해해요. 이 때 분해의 결과 activation된 ROCK1이 세포막을 지지하고 있는 actin 다발을 끊어주게 되고, 결국 세포막이 제 형태를 이루지 못하게 되는거죠.

 

한편 effector caspase는 MST1 단백질을 분해하기도 해요. 이 때 분해되어 activation된 MST1이 핵 안으로 들어가서 lamin 단백질의 분해를 촉진하고 결국 핵막이 해체돼요.

 

 

그 밖에 effector caspase는 eIF들을 분해시키는데, 그 결과 translation이 일어나지 않게 돼요.

 

 

이에 더해 effector caspase는 iCAD도 분해시켜줘요. 이 때 iCAD는 inhibitor of caspase-activated DNase의 약자에요.

 

실제로 원래는 CAD가 iCAD와 결합되어 있는 상태여서 CAD가 불활성화되어있는데, effector caspase가 iCAD를 분해시킬 시 CAD가 activation될 수 있어요. 결국 active CAD가 염색사의 nucleosome 사이사이를 다 잘라버리게 되고 DNA 절단화가 일어나는 결과가 초래되죠.

 

 

 

 

위 그림의 (A)에는 방금 설명한 CAD-iCAD system이 나타나 있으므로 참고해 주세요.

 

 

여담으로, 실제로 apoptosis 시 DNA fragmentation이 일어난다는 것을 어떻게 알 수 있을까요?

 

여러 가지 방법이 있는데, 우선 (B)와 같이 apoptosis가 일어나고 있는 세포를 시간별로 채취해 전기영동할 시에도 시간이 지날수록 DNA가 fragmentation된다는 것을 확인할 수 있어요. 그 밖에 (C)와 같이 DNA의 양 말단에 첨가되는 물질을 사용해 TUNEL assay로 불리는 실험을 수행할 경우에도 마찬가지로 DNA fragmentation을 시각화할 수 있어요.

 

 

 

 

다음 포스트에서는 extrinsic pathway(외인성 경로)에 대해 보다 더 자세히 알아보도록 할게요.