[동물생리학] 세포 신호 전달 수용체 (GPCR, RTK, 이온 채널)

수용체 단백질은 리간드(= 기질, 신호 물질)과의 결합을 통해 신호를 전달받습니다.

다양하고 복잡한 신호 전달 메커니즘은 증폭과 정교한 조절을 도우며, 통합(AND gate로 전달)의 형태도 있습니다.

+ 약물의 효능은 수용체 수에 비례합니다.

 

 

GPCR (G 단백질 매개 수용체)

 

GPCR(G 단백질 매개 수용체)은 체내 대부분의 신호 전달을 매개하는 수용체이며 G_α/β/γ 3개의 단위체를 가집니다.

작용 순서는 다음과 같은데, 먼저 기질이 GPCR에 결합하면 (7개 중) 5, 6번째 관통 부위에 변화가 발생합니다.

그러면 세포막 내부에서 G 단백질이 결합하고, G_α 단백질이 GEF에 의해 GDP를 떼고 GTP를 붙여서 활성화됩니다.

** GAP는 GEF와 반대로 GTP를 떼고 GDP를 붙이는 작용을 하지만, GAP가 없어도 느리게 같은 작용이 일어납니다.

 

무스카린 수용체는 GPCR의 한 종류이며, 기질은 아세틸콜린이고, G_β/γ에 의한 2차 신호가 K+ 통로를 활성화시킵니다.

+ 아트로핀은 무스카린 수용체의 경쟁적 억제제로 작용합니다.

 

G_α_s는 아데닐산고리화효소(AC)를 활성화하며 AC는 ATP에서 인산기 2개 제거 및 고리로 만들어 cAMP를 생성하고,

증가한 cAMP는 PKA(단백질 인산화효소 A)를 활성화시킵니다.

+ G_α_i는 G_α_s와 반대로 작용하여 PKA를 억제시킵니다.

 

G_α_q는 인지질 분해 효소인 PLC를 활성화하여 인지질 PIP2(phosphated inositol)를 DAG와 IP3으로 분해하는데,

DAG는 PKC(단백질 인산화효소 C)를 활성화하고, IP3는 세포질 내 Ca2+ 농도를 증가시킵니다.

 

 

혈관 내피와 평활근(관상동맥)의 작용은 다음과 같습니다.

혈관 내피에서 아세틸콜린이 GPCR에 결합하면 PLC가 활성화되어 생성된 IP3의 작용으로 Ca2+/칼모듈린 복합체가 형성됩니다. 그러면 이 복합체의 작용으로 NO(일산화질소)가 생성되고, 이 NO는 혈관 평활근으로 확산될 수 있습니다.

혈관 평활근에서 NO는 구아닐산 고리화효소(GC)와 결합하여 cGMP를 형성하고 PKG(단백질 인산화효소 G)를 활성화, PKG가 Ca2+ 유입을 억제하고, K+ 유출을 촉진하여 혈관을 확장(이완)시킵니다.

 

 

시각은 빛을 받아서 로돕신(= GPCR)이 분해되고 G 단백질(G_t)이 활성화되면, 활성된 PDE가 cGMP를 분해합니다.

그러면 cGMP가 이온 통로를 닫는 방식으로 반응합니다.

 

후각은 기체 상태의 화학 물질이 GPCR에 결합하여 G 단백질(G_olf)이 활성화되면, 활성화된 AC가 cAMP를 합성합니다.

그러면 cAMP가 이온 통로를 열어서 탈분극을 발생시키는 방식으로 반응합니다.

 

 

콜레라 독소는 G_α_s에 ADP-R(= ADP + 리보오스 5탄당)을 결합시켜 계속 활성화되어있도록 만듭니다.

그러면 AC 생성, cAMP 합성, PKA 활성이 지속적으로 일어나 Cl- 통로를 열어 Cl-을 계속 방출시킵니다.

(+ H2O도 빠져나가서 탈수 증세를 일으킵니다.)

 

백일해 독소는 G_α_i에 ADP-R를 결합시켜 G_α_i의 GDP가 GTP로 변환되지 못하도록 하여 G_α_i를 억제시킵니다.

그러면 cAMP가 증가하고, 면역세포가 접근하지 못하게 하는 신호로 작용하여 백일해균이 장시간 존재하게 만듭니다.

 

 

RTK (티로신 인산화효소 수용체)

RTK(티로신 인산화효소 수용체)는 리간드 결합 시 이합체를 구성하며, 상대 Tyr에 ATP의 인산기를 붙여 활성화시킵니다.

RTK가 활성화되면 Ras -> Raf -> MEK -> MAPK(MAP Kinase)의 순서로 인산기를 전달하는 신호 전달 경로가 가능하며,

이 때 MAPK는 핵으로 들어가 myc을 활성화시켜서 Cyclin D를 합성할 수 있습니다.

** Ras는 인산기를 붙여 활성화되는 것이 아닌, GDP와 GTP의 교환으로 활성화됩니다.

 

방사성 동위원소로 표지한 ATP를 이용해 티로신 단백질들의 전기영동 결과를 통해 어떻게 상호작용이 일어나는지(자기 인산화가 가능한지, 어떤 수용체가 어떤 수용체를 인산화 시키는지) 확인할 수 있습니다.

 

 

이온 채널 수용체

이온 채널 수용체는 뉴런 말단부인 시냅스에서 방출되는 아세틸콜린을 인식, Na+ 유입/K+ 방출의 흐름을 발생시킵니다.

사린 가스는 아세틸콜린 에스테라제 억제제로 작용하여 아세틸콜린의 분해를 막아(Ach 잔류) 중추신경을 손상시킵니다.