[세포생물학] 7.1 : 세포 신호전달(cell signaling)의 원리 - 1

 

 

이번 포스트부터는 세포 신호전달(cell signaling)에 대해 알아볼게요.

 

 

 

signal transduction, 즉 신호 전달은 외부로부터 전달받은 신호를 세포 내에서 전달, 발현시키는 과정이에요. 위 그림상에 나타나 있는 것처럼 신호 전달에서의 구성 요소로는 ligand(signal molecule, 즉 신호를 초기에 전달하는 물질), receptor, intracellular signaling protein, effector protein 등이 있어요.

 

 

cell signaling은 단계상으로는 위 그림에도 나타나 있는 것처럼 1) signal perception(신호 인식), 2) intracellular signal transduction(세포 내 신호 전달), 3) cellular response(세포 반응)의 순으로 진행되는 식이에요.

 

 

 

 

이제 본격적으로 extracellular signal, 즉 세포 외부로부터 전달되어오는 신호를 전달 방식에 따라 분류해볼게요.

 

 

 

 

첫번째 종류는 contact dependent(접촉 의존성)로, 이 경우 직접 붙어있는 세포들끼리 신호를 주고받아요. 두 번째 종류는 paracrine(측분비)으로, 한 세포가 내는 신호를 주변에 있는 세포가 받아들이는 것을 말해요. 세번째 종류는 synaptic(시냅스성)으로, synapse(시냅스)에서 일어나는 paracrine 작용을 말해요. 네 번째 종류는 autocrine(자가분비)으로, 자기가 낸 신호물질이 다시 자기자신에게 영향을 미치는 것을 말해요. 마지막 다섯 번째 종류는 endocrine(내분비)으로, 한 세포에서 나온 신호가 혈액을 타고 굉장히 먼 거리의 다른 세포에 영향을 미치게 되는 것을 말해요. (내분비를 통해 전달되는 신호의 가장 대표적인 예시가 바로 호르몬(hormone)이에요)

 

 

 

한편, ligand(리간드), 즉 외부에서 유입되는 물질을 받아들이는 receptor에는 위 그림에 나타난 것과 같은 2가지 종류가 있어요. 우선 cell-surface receptor(세포막 수용체)의 경우 주로 수용성 ligand와 결합하며 세포막에 존재해요. (다만 지용성 ligand 중에도 일부의 경우 cell-surface receptor와 결합하기도 함) 한편 intracellular receptor(세포 내 수용체)는 세포질, 혹은 핵 안에 존재하며 세포막을 아무런 저항없이 통과할 수 있는 소수성 ligand들과 결합해요.

 

 

 

이 때, 위 그림과 같이 세포가 같더라도 받아들이는 ligand들의 조합에 따라 다른 결과가 발생할 수 있어요. 혹은, 동일한 ligand라 할지라도 작용하는 세포의 종류에 따라 다른 결과가 발생할 수도 있어요.

 

 

다음으로, cell-surface receptor protein들에 대해 조금 더 자세히 알아볼게요.

 

 

 

 

cell-surface receptor에는 위 그림에 나타난 것과 같이 많은 종류가 있어요. 우선 ion-channel-coupled receptor는 receptor가 ligand를 인식함과 동시에 ion channel(이온 채널)의 역할도 수행할 수 있는 경우를 말해요. 다음으로 G protein coupled receptor(GPCR)는 G protein(G 단백질)과 연결되어 이후 반응을 매개하는 경우를 말해요. (이 type의 receptor가 전체의 90% 이상을 차지해요!) 마지막으로 enzyme-coupled receptor의 경우 receptor이면서 동시에 효소 활성도 가지고 있는 경우에 해당해요. (혹은 효소와 연결된 채 간접적으로 효소활성을 가지는 receptor 또한 이 타입으로 분류되기도 해요)

 

 

cell surface receptor로부터 세포 내로 신호가 전달될 수 있는 방법은 상당히 다양해요.

 

 

 

첫 번째 방법은 phosphorylation(인산화)에 의한 신호전달로 위 그림 (A)에 묘사되어 있어요. 보면 이 경우 말 그대로 한 분자가 다른 분자에게 phosphate(인산기)를 붙여주게 되는데, 일반적으로 분자에 인산기를 붙여주는 효소들을 통틀어서 protein kinase라고 불러주며, 반대로 분자에 있는 인산기를 때주는 효소들을 통틀어서 protein phosphatase라고 불러줘요.

 

 

두번째 방법은 GTP binding에 의한 signaling으로, 위 그림 (B)에 묘사되어 있어요. 보면 이 경우 분자에 GTP가 붙은 상태와 GDP가 붙은 상태가 계속 왔다갔다 하게 되며, 그 과정에서 분자의 기능이 활성화, 혹은 불활성화되는거죠.

 

 

 

우선 phosphorylation(인산화)에 의한 신호의 연쇄반응에 대해 위 그림상에 나타난 예시를 바탕으로 조금 더 살펴볼게요.

 

 

위 그림과 같이 신호가 없을 때 inhibitor protein(억제자 단백질)과 결합해서 전사 촉진 활성이 저해된 inactive transcription regulator(불활성형 전사 조절인자)가 있는 경우를 생각해볼게요. 이 때 특정 상위 신호에 의해서 protein kinase가 활성화되면 inhibitor protein을 인산화시키게 되고, 인산화된 inhibitor protein은 transcription regulator로부터 떨어져 나와 결과적으로 transcription regulator가 활성화되어 이 전사 조절인자가 관여하는 유전자의 발현이 변화하게 되는거죠. 이 관계를 도식적으로 표현한 것이 (B)와 같아요. (이 때 일반적으로 화살표 표시는 촉진을, 망치모양의 표시는 억제를 의미해요)

 

 

 

다음으로, GTP binding에 의한 조절의 경우 위 그림에 나타나 있는 것처럼 GAP과 GEF가 매우 중요하게 작동해요. 실제로 GAP은 분자의 GTPase 활성을 켜주어서 분자에 붙어있는 GTP를 GDP로 변화시켜주고, GEF는 GDP를 GTP로 변화시켜주는 역할을 수행해요.

 

 

2021.04.25 - [전공자를 위한 생물학/세포생물학] - [세포생물학] 5.2 : signal sequence & gated transport 1 - NPC, NLS, Importin, Ran GTPase

[세포생물학] 5.2 : signal sequence & gated transport 1 - NPC, NLS, Importin, Ran GTPase

 

 

이와 관련된 보다 더 자세한 설명과 예시는 위 포스트에 나와있으니 참고 부탁드려요!

 

 

 

 

이번 포스트에서는 세포 신호전달의 세부사항을 이해하는데 필요한 개괄적인 내용을 다루어봤어요. 다음 포스트에서도 마찬가지로 신호전달의 기본적인 내용들에 대해 조금 더 살펴볼게요.