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2017 가을호 / 지식 더하기 Ⅱ / 세포신호전달

작성자
이정훈
조회수
93
작성일
2017-10-18
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우리 몸이 대략 몇 개의 세포들로 구성되어 있는지 아시나요? 무려 70조 개 이상의 세포들이 각자 맡은 역할을 수행함으로써 하나의 개체를 유지하고 있습니다. 그런데 만약 세포들이 서로 상호작용 하지 않고 제멋대로 행동한다면 개체가 유지될 수 있을까요? 개체를 유지하기 위해 세포들은 다양한 방법으로 신호를 주고받으며 세포내 반응을 조절하게 되는데 이러한 과정을 세포신호전달이라 합니다.



세포신호전달은 크게 근거리 신호전달과 원거리 신호전달로 나눠집니다. 우선 근거리 신호전달은 주변 세포들에게 화학물질을 전달하면서 이루어집니다. 세포연접을 통해 세포질에서 세포질로 직접 신호물질이 전달될 수도 있고 히스타민(histamine)이나 성장인자(growth factor) 같은 국소조절자(local regulator)를 분비하여 주변의 여러 세포들에게 신호를 전달할 수도 있습니다. 반면에 원거리 신호전달은 멀리 있는 세포들에게 호르몬(hormone)을 전달하면서 이루어집니다. 특정 세포가 순환계로 호르몬을 분비하면 호르몬이 표적세포로 이동하여 신호를 전달하게 됩니다. 이렇게 다양한 방식을 통해 표적세포로 전달된 신호물질이 어떻게 세포내 변화를 유도할 수 있을까요? 먼저 신호물질이 수용체에 결합해 신호의 수용이 진행되면 세포내 중계물질들에 의해 신호가 전달되고 최종적으로 세포의 반응을 야기합니다. 지금부터 그 과정을 자세히 알아보겠습니다.

우선 신호물질이 표적세포에 도달하면 수용체 단백질과 결합하여 단백질의 구조적 변화를 일으킵니다. 이때 수용성이고 크기가 큰 신호물질은 세포막 수용체와 결합하고, 지용성이거나 크기가 작은 신호물질은 세포내 수용체와 결합합니다. 세포막 수용체가 신호물질과 결합하면 특정 인산화효소를 활성화시키게 되는데 활성화된 인산화효소는 다른 인산화효소를 활성화시키고, 새로 활성화된 인산화효소는 또 다른 인산화효소를 활성화시키는 인산화 연쇄반응(phosphorylation cascade)이 진행됩니다. 최종적으로 활성화된 인산화효소는 불활성상태의 최종효소를 활성화시키며, 활성화된 최종효소는 세포의 반응을 일으킵니다. 반면에 세포내 수용체가 신호물질과 결합하면 복합체를 형성하게 됩니다. 복합체는 핵으로 이동해 특정 유전자의 전사인자(transcription factor)로 사용되어 특정 단백질의 발현을 촉진함으로써 세포의 반응을 일으킵니다.

그런데 신호물질과 결합한 세포막 수용체는 어떻게 인산화 연쇄반응을 촉진할 수 있을까요? 그 방법은 수용체의 종류에 따라 다양한데 대표적으로 G 단백질 결합 수용체가 있습니다. G 단백질(G protein)이란 GDP와 결합하면 불활성화되고 GTP와 결합하면 활성화되는 특별한 단백질입니다. 신호물질이 G 단백질 결합 수용체에 결합하면 수용체는 G 단백질의 GDP를 GTP로 교환시켜 활성화시킵니다. 활성화된 G 단백질은 막을 따라 이동하면서 특정 효소를 활성화시키고 활성화된 효소는 인산화 연쇄반응을 유도하게 됩니다. 에피네프린을 예로 들어 살펴볼까요? 부신수질에서 에피네프린이 분비되면 혈액을 따라 간세포로 이동하고 세포막에 있는 G 단백질 결합 수용체와 결합하게 됩니다. 에피네프린과 결합한 수용체는 G 단백질을 활성화시키게 되고, G 단백질은 아데닐산 고리화효소(adenylyl cyclase)를 활성화시킵니다. 활성화된 효소는 cAMP라는 물질을 생성하여 인산화 연쇄반응을 촉진하고 그 결과 글리코겐가인산분해효소(phosphorylase)가 활성화됩니다. 활성화된 효소는 최종적으로 글리코겐을 포도당으로 분해시켜 혈당량을 높이게 됩니다. 우리가 쉽게 알고 있던 호르몬들이 이런 복잡한 과정을 거쳐서 우리 몸의 변화를 일으킨다고 하니 실로 놀라울 따름입니다.




글_김동윤 생명과학과 17학번 (알리미 23기)