저번 포스트에서는 vesicular transport에 관여하는 각종 coat protein들에 대해 알아봤어요.
그렇다면 앞서 배운 budding에 이은 vesicle 형성 과정이 막의 아무 곳에서나 일어나는 것일까요? 결론부터 말하자면 그렇지 않아요.
실제로는 위 그림에 나타나 있는 phosphoinositide(phosphatidyl inositol phosphoates, PIPs)들의 조성이 세포소기관 막마다 다 다르고, 이것이 일종의 docking site(도킹부위)로 기능해요.
이들의 구조를 보면 지방산 2개에 glycerol(글리세롤), phosphate(인산)가 붙어있고, 그 위에 inositol(이노시톨)이 붙어있는 형태인데요. 이 inositol의 몇 번 탄소에 인산화가 일어나는지에 따라 여러 물리적 특성이 달라지므로 이름도 다르게 붙여줘요.
예를 들어 (C)와 같이 3, 4번 탄소에 인산기가 달려있는 경우에는 PI(3,4)P2로 명명해요. 그런데 실제로 세포소기관마다 이 PIP들의 조합이 달라요. 그리고, 위 그림 (E), (F)와 같이 각각의 다른 PI 조합을 특이적으로 인지하는 단백질들이 또 각각 존재하기 때문에, 결과적으로 세포는 세포소기관막을 종류에 따라 구분할 수 있게 되는거죠.
위 그림을 보면 ER에는 PI(4,5)P2가 많아요. 그런데 secretory vesicle(분비 소낭)에는 PI(4)P가 많아요. 한편 plasma membrane(세포막)에는 PI(4,5)P2가 많고, 또 endosome(엔도솜)에서는 PI(3)P가 많아요.
그렇다면 어떻게 각 세포소기관마다 PIP들의 조성이 다를 수 있을까요?
예를 들어 secretory vesicle에 많은 PI(4)P의 경우, secretory vesicle이 plasma membrane과 합쳐지게 되면 plasma membrane의 PI5 kinase(인산화효소)에 의해서 PI(4,5)P2로 변환되어요. (실제로 이렇게 변환된 채 plasma membrane에 존재하는 PI(4,5)P2가 clathrin-coated vesicle이 형성되기 위한 docking site로 기능해요) 한편 다시 plasma membrane으로부터 vesicle이 형성되면, vesicle 안에 있는 PI5 phosphatase(탈인산화효소)에 의해서 PI(4,5)P2가 다시 PI(4)P로 전환되는 식이에요.
정리하자면, 이런 PIP들은 vesicle이 형성될 위치 등을 지정해주는 중요한 역할을 수행해요.
방금 살펴본것처럼 PIP들은 vesicle이 공여막으로부터 형성되는데 있어서 매우 중요한 역할을 수행해요. 그렇다면 이런 식으로 만들어진 vesicle의 최종 목적지는 누가 지정해줄까요?
이 때 중요하게 기능하는 것이 바로 위 그림에 나타나 있는 Rab과 SNARE(스네어)에요. Rab 단백질의 경우 종류가 매우 많으며, 서로 다른 세포소기관들에 퍼져 있어요. 이들은 일종의 zip code(우편번호)와 같은 역할을 하는데, 이들도 GTPase의 일종이에요. 이 때 흥미로운 것은 특정 Rab들끼리의 조합에 의해서만 성공적인 결합이 일어난다는 것이에요. 그 밖에 Rab과 유사하게 SNARE의 경우에도 특정 조합에 대해서만 결합이 가능해요.
이제 위 그림에 나타나 있는 작동 기작에 대해 하나하나 알아볼게요.
1. vesicle의 막에는 (cargo molecule의 종류에 따라 제각기 다른 목적지에 맞게 특정한) Rab-GTP가 존재하고 있고, 또한 특정한 v-SNARE(vesicular SNARE, vesicle에 존재하는 SNARE)도 존재하고 있음.
2. target membrane(표적막)의 Rab effector(tethering protein)와 Rab-GTP가 서로 짝이 맞다면 결합하여 Rab effector의 구조가 변하게 됨.
3. v-SNARE와 t-SNARE(t-SNARE는 target membrane에 존재하는 SNARE)가 서로 짝이 맞다면 꼬여 complex(복합체)를 형성함.
4. 이 complex에 의해서 vesicle이 잡아당겨져 막 사이의 fusion(퓨전)이 일어나고 Rab은 GDP를 단 채 분리됨.
5. fusion이 완료되면 SNARE complex도 떨어진 후 여러 단백질과 ATP에 의해 dissociation(분리)됨.
위 모식도에는 앞서 언급한 5번의 과정이 자세히 묘사되어 있어요.
지금까지 특정 소기관으로부터 vesicle이 형성되는 과정, 그리고 형성된 vesicle이 표적막에 특이적으로 합쳐지는 과정에 대해 살펴봤어요.
그렇다면 형성된 vesicle이 표적막까지 어떻게 이동할 수 있을까요?
이 때 작용하는 것이 바로 세포골격(cytoskeleton)이에요. 위 그림에도 나타나 있는 것처럼 세포골격을 이동할 수 있는 각종 motor protein(운동 단백질)들이 있어서 이들에 의해 vesicle의 방향 특이적인 수송이 일어날 수 있어요. 세포골격에 대해서는 나중에 자세히 다룰 기회가 있을 거에요.
다음 포스트부터는 이제 본격적으로 ER에서 Golgi로 단백질이 수송되는 과정에 대해 자세히 살펴보도록 할게요.