[세포생물학] 7.1 : 세포 신호전달(cell signaling)의 원리 - 2

 

저번 포스트에 이어서 이번에는 세포 신호전달의 일반적인 원리들에 대해 조금 더 살펴볼게요.

 

 

 

우선 신호전달 과정에서 형성되는 각종 신호전달 복합체(signaling complex)에 대해 알아볼게요.

 

 

 

첫 번째로, 위 그림에 나타나 있는 것과 같이 scaffold protein(일종의 틀을 잡아주는 단백질)에 의해서 complex가 형성될 수 있어요. 실제로 이 경우 scaffold protein이 서로 연계적으로 관여하는 단백질들을 가까운 거리에 위치하도록 결합시킨 후 최종적으로 세포막의 receptor에 직, 간접적으로 붙어 연계반응이 매우 빠르게 일어나게 해줘요.

 

 

 

두 번째로, 위 그림에 나타나 있는 것과 같이 receptor를 중심축으로 곧바로 complex가 형성될 수 있어요. 실제로 ligand가 receptor와 결합할 시 receptor가 인산화되는 등의 변화가 발생하고, 그 결과 이 receptor에 intracellular signaling protein(세포내 신호단백질)들이 와서 붙고 결과적으로 complex를 형성할 수 있어요.

 

 

 

마지막으로, 위 그림에 나타나 있는 것과 같이 phosphoinositide(막을 구성하는 인지질의 한 종류)를 중심으로 해서 complex가 만들어질 수 있어요. 실제로 receptor가 신호를 받으면, 기존의 인산을 두 개 가지고 있던 phosphoinositide가 인산화되어 인산 3개를 가지게 되고, 그 결과 이곳에 각종 단백질들이 와서 붙고 complex를 형성할 수 있어요.

 

이런 complex가 형성되고 나면, 이후에 연속적인 신호 전달이 매우 효율적으로 진행될 수 있는거죠.

 

 

 

다음으로 cell signaling에서의 반응속도(response speed)에 대해 조금 더 논해볼게요.

 

 

 

위와 같은 세포 신호전달 과정을 가정해볼게요. 이 때 신호전달에 의해서 최종적으로 이미 만들어져 있던 단백질의 변화가 유발되는 경우에는 변화가 빠르게 나타날 것이고(왼쪽) 한편 신호전달에 의해 최종적으로 단백질을 새로 만드는 반응이 촉진되는 경우에는 변화가 느리게 나타나겠죠?(오른쪽). 둘 중 어떤 반응이 진행될지는 전달되는 신호와 신호전달의 종류에 따라 달라져요.

 

 

 

한편, 실제로 ligand의 농도에 따른 반응의 경향은 위 그래프에 나타나 있는 것처럼 다양할 수 있어요. 우선 all-or-none의 경우 특정 농도 이전까지는 반응이 없다가 특정 농도 이상이 되면 최대치로 반응이 일어나는 것을 의미해요. (일단 최대치로 일어나는 시점이 되면 여기서 ligand를 더 넣어줘도 반응 정도는 동일하겠죠?) 다음으로 hyperbolic의 경우 ligand 농도가 증가하는 만큼 반응도 비례적으로 증가하는 것을 말해요. 마지막으로 sigmoidal의 경우 일정 농도까지는 반응이 거의 나타나지 않다가, 일정 농도 이상이 되면 급격하게 반응의 정도가 증가하는 것을 의미해요.

 

 

 

참고로 signoidal한 그래프 형태가 나올 수 있는 경우는 위 그림 (B), (C)와 같이 두 가지인데요.여러 세포에서 각 세포들이 모두 ligand를 받지만 모두 다 점진적인 반응이 일어나는 경우(B), 혹은 일부 세포만 ligand를 받고, 이들이 100%의 반응을 내는 경우(C) 둘 다에서 sigmoidal한 반응 곡선이 그려질 수 있어요. 

 

 

다음으로 cell signaling에서 빠질 수 없는 중요한 메커니즘 중 하나인 feedback(피드백)에 대해 알아볼게요.

 

 

위 그림에는 positive feedback(양성 피드백)과 negative feedback(음성 피드백) 각각이 묘사되어 있어요.

 

 

 

우선 위 그림 왼쪽에 해당하는 positive feedback(양성피드백)에 대해 살펴볼게요. 보면 이 경우 신호가 꺼지고 나서도 (비록 조금 줄어들기는 하지만) 오랜 시간동안 반응이 지속되는 걸 알 수 있어요. (B 아래쪽)

 

다음으로 위 그림 오른쪽에 해당하는 negative feedback(음성 피드백)에 대해 살펴볼게요. 이 때는 다시 2가지 경우로 나뉘어지는데, short delay(짧은 딜레이)인 경우와 long delay(긴 딜레이)인 경우에요. 보면 우선 short delay인 경우에는 신호가 주어질 시 빠르게 반응이 줄어든 채로 평형을 맞춰요. 한편 long delay인 경우에는 신호가 주어질 시 반응이 신호가 오는 동안 계속 요동치는 것을 볼 수 있어요.

 

 

 

다음으로 세포가 계속된 신호에 적응하는, 즉 둔감화하는 방법들에 대해 살펴볼게요.

 

 

 

위 그림에 이와 관련된 반응들이 나타나 있어요.

 

 

첫 번째는 receptor sequestration으로, endocytosis를 통해 수용체를 안으로 잡아들인 후 일정 시간 후에 다시 내보내는 식으로 둔감화 시키는 식이에요.

 

두 번째는 receptor down-regulation으로, endocytosis를 통해 소용체를 들여온 후 lysosome(라이소좀)을 이용해 이를 완전히 분해시키는 식으로 둔감화가 일어날 수 있어요.

 

세 번째는 receptor inactivation으로, 수용체 자체를 불활성화시키는 방법을 통해 둔감화를 시킬 수 있어요.

 

네 번째는 inactivation of signaling protein으로, 신호에 관련된 연쇄반응에 포함되는 중간 단계의 단백질을 불활성화시키는 식으로 둔감화를 시킬 수 있어요.

 

마지막은 production of inhibitory protein으로, 신호 전달의 결과 신호 전달을 막는 단백질이 생산되어서 결과적으로 둔감화가 될 수 있어요.

 

 

 

지금까지 신호전달의 일반적인 기작들에 대해 알아봤어요.

 

 

이제 다음 포스트부터는 GPCR, RTK 등의 구체적인 신호전달 과정에 대해 알아볼게요.