[생화학] 22.1 : 호르몬의 구조와 기능 - 3

 

 

 

이전 포스트에 이어서 살펴보자.

 

 

우선 vitamin D hormone에 대해 알아보자.

 

 

 

 

vitamin D는 위 그림에도 나타나 있는 것처럼 sunlight 중 UV light에 의해 촉진되어 합성되며, 이 녀석에 의해 최종적으로 만들어지는 calcitriol은 Ca2+ 농도의 regulation과 밀접하게 관련된 gene의 transcription에 영향을 미치게 됨. 그 밖에 이들 vitamin D hormone의 경우에도 nuclear receptor에 의해 인식됨.

 

 

 

다음으로 vitamin A hormone에 대해 알아보자.

 

 

 

 

 

vitamin A의 전구체에 해당하는 β-carotene은 위와 같은 과정에 의해 retinal, 혹은 retinoic acid로 바뀔 수 있음. 이 때 retinoic acid는 nuclear receptor에 인식된 뒤 transcription에 대한 co-regulator로 작용할 수 있음.

 

 

 

다음으로 thyroid hormone에 대해 알아보자.

 

 

 

 

thyroid hormone은 위와 같은 과정에 의해 합성됨. 이 때 이들 합성 과정에서 iodine의 첨가가 매우 중요함. (참고로 I를 4개 포함하는 thyroxine을 T4라고, I를 3개 포함하는 triiodothyronine을 T3라고 부름) 이 thyroid hormone 또한 nuclear receptor에 의해 인식됨. 여담으로, I가 특별히 방사능에 sensitive하고, 이 때문에 갑상선이 방사능에 대해 가장 vulnerable함.

 

 

 

다음으로 nitric oxide에 대해 알아보자.

 

 

 

 

 

앞서 배웠던 것처럼 nitric oxide(NO)는 위와 같은 과정 하에서 만들어짐. NO는 NO synthase의 도움을 받아 arginine, O2로부터 만들어지며, 이 녀석은 release된 point 근처에서 작용함. 이 녀석은 세포 내로 diffusion되어서 들어가며 내부에서 guanylyl cyclase와 결합하고, 그 결과 guanylyl cyclase의 활성을 증가시켜서 cGMP의 양이 많아지게 됨. 이후 cGMP-dependent한 signaling pathway에 의해 downstream effect가 유발될 수 있음.

 

 

 

 

 

 

위 그림은 우리 몸에 존재하는 대표적인 endocrine gland들을 나타내 주고 있으므로 참고할 것. (참고로 이 때 ovaries, testes, 그리고 adrenal gland(especially adrenal medulla)에서부터 sex hormone이 만들어질 수 있음)

 

 

hormone signaling은 방향에 따라 크게 두 종류로 나눌 수 있는데, top down과 bottom up이 바로 그것임. top down의 경우 brain으로부터 originate되는 hormonal signaling으로, oxytocin, vasopressin, cortisol(cortisol의 경우 brain에서 분비되는 hormone은 아니지만 brain으로부터 출발한 signaling에 의해 분비가 촉진됨) 등에 의한 hormonal signaling이 이에 해당함.

 

 

 

 

한편 bottom up의 경우 brain 이외의 다른 부분에서 hormone이 분비되어서 brain으로 message를 보내주는 방식의 hormone signaling에 해당함. 이에 해당하는 hormone들로는 insulin, leptin 등이 있음.

 

 

 

 

 

위 그림에는 brain으로부터 분비되는 top down hormonal signaling의 hierarchy가 나타나 있음. 보면 일단 CNS로부터 명령을 받은 hypothalamus에서 anterior pituitary, 혹은 posterior pituitary로 hormone을 분비하고 이어서 하위 signaling이 다른 organ들로 전달되는 식임. 그 밖에, 위 그림상에도 나타나 있는 것처럼 stress 환경 하에서 CNS로부터 직접적으로 adrenal medulla로 신호가 전달되어서 epinephrine 분비가 촉진될 수 있음.

 

 

 

hypothalamus는 endocrine system에서 coordination center로 작용함. (그리고 이름에서도 알 수 있는 것처럼 thalamus의 아래쪽에 위치하고 있음) hypothalamus는 CNS로부터 주어진 nerve signal을 integrate하고 이어서 hormone을 분비하게 됨. 이 때 이들은 oxytocin, vasopressin과 같은 small peptide hormone을 만들어서 posterior pituitary로 전달하기도 하고, 혹은 anterior pituitary에서의 hormone 방출을 regulation하는 hormone들을 만들어 분비하기도 함.

 

 

 

 

 

이와 관련된 그림이 위와 같음. 보면 일단 hypothalamus로부터 직접 posterior pituitary로 axon terminal이 뻗어 있으며, 이곳으로 oxytocin, Vasopressin이 분비된 뒤 이 hormone들이 다시금 인근의 혈관으로 분비되어 전신으로 전달되게 됨. (posterior pituitary에는 secretory cell이 존재하지 않음) 한편 그 밖에, hypothalamus에서 혈관으로 분비된 일부 hormone은 혈관을 타고 이동하다가 anterior pituitary의 secretory cell에 분비될 수 있음. 이어서 anterior pituitary의 secretory cell로부터 hormone이 새로 혈관으로 분비되어서 온 몸으로 전달되게 됨.

 

 

 

 

위 그림에는 human oxytocin, human vasopressin의 구조가 나타나 있음. 이 중 oxytocin은 출산 과정에서 여성의 uterus에 있는 smooth muscle의 contraction을 촉진하기도 하고 mammary gland로부터의 milk release를 촉진하기도 함. 한편 Vasopressin은 kidney에서의 water reabsorption을 촉진하고 blood vesscel의 constriction을 촉진해서 blood pressure를 증가시키게 됨. 그 밖에, 최근에 알려진 바에 의하면 oxytocin, vasopressin은 둘 다 모성애, 부성애, 혹은 인간간의 social bonding과 밀접하게 관련되어 있기도 함.

 

 

 

 

 

 

한편 위 그림에는 hypothalamic cortisol cascade(HPA axis)가 나타나 있음. 보면 pain, fear, infection, hemorrhage, hypoglycemia 등에 의해서 central nervous system이 hypothalamus를 자극한 결과 corticotropin-releasing hormone(CRH)이 분비되고, 이 녀석이 anterior pituitary에 작용해 corticotropin(ACTH)이 분비되게 됨. 이렇게 분비된 ACTH는 adrenal gland에 작용하고 그 결과 cortisol이 분비됨. cortisol은 muscle, liver, adipose tissue를 포함한 다양한 장기에 영향을 미치게 되고 결과적으로 fight-or-flight response를 유발시킴. 이 때 흥미로운 점 중 하나는, ng단위의 CRH에 의해 μg 단위의 ACTH 분비가 자극되고, 이어서 mg 단위의 cortisol 분비가 자극되는 식으로 signal amplification이 일어난다는 것임.

 

 

 

 

다음으로 위 그림에는 fuel에 대한 response로 일어나는 bottom up signaling이 나타나 있음. 이 때 key regulatory point는 hypothalamus의 AMPK로, 이 녀석이 촉진될 시 feeding이 촉진되게 됨.

 

 

보면 우선 stomach에서 공복 상황에서 Ghrelin이 분비되고, 이 Ghrelin은 AMPK를 activation시킴. 그 밖에, adipose tissue 내에 fat이 적을 시 Adiponectin이 분비되고 이 녀석또한 AMPK를 activation시킴. 유사하게, glucose가 적을 시 (위 그림에는 잘못 표시되어 있음) AMPK가 촉진됨. 반대로, 혈중 glucose 농도가 높아 pancreas β cell로부터 insulin이 분비된다면 이 insulin은 AMPK를 inhibition시킴. 그리고 adipose tissue에 fat이 많을 시 분비되는 leptin 또한 AMPK를 inhibition시킴. 마지막으로 thyroid에서 분비되는 thyroxine은 AMPK를 inhibition시켜서 negative loop를 구성함.

 

 

 

 

 

위 표는 각종 hormone들의 production site, target tissue, action을 정리해주고 있으므로 참고할 것.

 

 

 

 

다음 포스트부터는 조직 특이적으로 일어나는 대사 과정들에 대해 알아보자.