세포 신호전달
세포가 자신, 다른 세포 및 환경과 상호작용하는 과정 / From Wikipedia, the free encyclopedia
세포 신호전달(細胞信號傳達, 미국 영어: cell signaling, 영국 영어: cell signalling)은 생물학에서 세포가 자신, 다른 세포 및 환경과 상호작용하는 과정이다. 세포 신호전달은 원핵생물과 진핵생물에서 모든 세포 생명현상의 기본적인 특성이다.
일반적으로 세포 신호전달 과정에는 신호, 수용체, 효과기라는 세 가지 구성 요소가 포함된다.
생물학에서 신호는 대부분 본질적으로 화학적 신호이지만 압력, 전압, 온도, 빛과 같은 물리적 신호일 수도 있다. 화학적 신호는 특정 수용체에 결합하고 활성화하는 능력을 가진 분자이다. 리간드라고 하는 이러한 분자는 이온(예: Na+, K+, Ca2+ 등), 지질(예: 스테로이드, 프로스타글란딘), 펩타이드(예: 인슐린, ACTH), 탄수화물, 글리코실화된 단백질(프로테오글리칸), 핵산 등을 포함하며 화학적으로 다양하다. 대부분의 호르몬이 이러한 종류의 화학물질에 속하기 때문에 펩타이드 및 지질 리간드는 특히 중요하다. 펩타이드는 일반적으로 극성의 친수성 분자이다. 따라서 이들은 원형질막의 지질 이중층을 가로질러 자유롭게 확산될 수 없기 때문에 이들의 작용은 세포막 결합 수용체에 의해 매개된다. 반면, 스테로이드 호르몬과 같은 지용성 화합물은 원형질막을 통해 수동적으로 확산되어 세포내 수용체와 상호작용을 할 수 있다. 세포 신호전달은 단거리 또는 장거리에서 일어날 수 있으며 자가분비, 세포내분비, 근접분비, 주변분비, 내분비로 더 분류될 수 있다. 자가분비 신호전달은 신호전달 화학물질을 생성한 동일한 세포에 화학 신호가 작용할 때 일어난다.[1] 세포내분비 신호전달은 세포에서 생성된 화학적 신호가 동일한 세포의 세포질이나 핵에 위치한 수용체에 작용할 때 일어난다.[2] 근접분비 신호전달은 물리적으로 인접한 세포 사이에서 일어난다.[3] 주변분비 신호전달은 인근 세포 사이에서 일어난다. 내분비 신호전달은 일반적으로 혈액에 의해 전달되는 화학적 신호를 통해 거리가 멀리 떨어진 세포들 사이에서 일어난다.[4]
수용체는 원형질막이나 세포질, 세포소기관, 핵과 같은 세포 내부에 위치한 복합체 단백질 또는 단단히 결합된 다량체 단백질이다. 수용체는 특정 화학물질에 결합하거나 물리적 작용제와 상호작용을 할 때 입체구조적 변화를 겪음으로써 신호를 감지하는 능력을 가지고 있다. 특정 세포 반응을 유발하는 능력을 부여하는 것은 주어진 리간드와 수용체 사이의 화학적 상호작용의 특이성이다. 수용체는 크게 세포막 수용체와 세포내 수용체로 분류할 수 있다.
세포막 수용체는 이온 통로 수용체, G 단백질 연결 수용체, 효소 연결 수용체로 더 분류될 수 있다.
이온 통로 수용체는 리간드 활성화 개폐 기능을 갖는 대형 막관통 단백질이다. 이들 수용체가 활성화되면 세포막을 가로지르는 특정 이온의 통과를 허용하거나 차단할 수 있다. 압력이나 온도와 같은 물리적 자극에 의해 활성화되는 대부분의 수용체가 이 범주에 속한다.
G 단백질 연결 수용체는 원형질막 내에 내장된 다량체 단백질이다. 이들 수용체는 세포외 도메인, 막관통 도메인, 세포내 도메인이 있다. 세포외 도메인은 특정 리간드와의 상호작용을 담당한다. 세포내 도메인은 수용체에 의해 조절되는 특정 세포 기능을 궁극적으로 촉발시키는 일련의 화학 반응의 시작을 담당한다.
효소 연결 수용체는 특정 리간드와 결합하는 역할을 하는 세포외 도메인과 촉매 활성을 갖는 세포내 도메인을 가지고 있는 막관통 단백질이다. 활성화되면 효소 부분은 특정 세포 내 화학반응을 촉진하는 역할을 한다.
세포내 수용체는 다른 작용 메커니즘을 가지고 있다. 이들은 일반적으로 스테로이드 호르몬과 같은 원형질막을 통해 수동적으로 확산되는 지용성 리간드와 결합한다. 이러한 리간드는 특정 유전자가 활성화되고 특정 단백질의 합성이 촉진되는 핵 내부에서 호르몬-수송체 복합체를 운반하는 특정 세포질 수송체에 결합한다.
신호전달 경로의 효과기 구성 요소는 신호전달로 시작된다. 이 과정에서 신호는 수용체와 상호작용하여 세포 내에서 일련의 분자 현상을 시작하여 신호전달 과정의 최종 효과를 가져온다. 일반적으로 최종 효과는 이온 통로(리간드 개폐 이온 통로)의 활성화 또는 세포를 통해 신호를 전파하는 2차 전달자 시스템 캐스케이드의 시작으로 구성된다. 2차 전달자 시스템은 신호를 증폭하거나 변조할 수 있으며, 몇 가지 수용체의 활성화로 인해 여러 개의 2차 전달자가 활성화되어 초기 신호(1차 전달자)가 증폭된다. 이러한 신호전달 경로의 하류 효과에는 단백질 분해 절단, 인산화, 메틸화 및 유비퀴틴화와 같은 추가적인 효소 활성이 포함될 수 있다.
신호전달 분자는 다양한 생합성 경로로부터 합성될 수 있으며 수동 수송이나 능동 수송을 통해 또는 심지어 세포 손상을 통해 방출될 수 있다.
각 세포는 특정 세포외 신호 분자에 반응하도록 프로그램되어 있으며 발생, 조직 복구, 면역 및 항상성의 기초가 된다. 신호전달 상호작용의 오류는 암, 자가면역, 당뇨병과 같은 질병을 유발할 수 있다.