KOSEN 한인과학기술자네트워크

G Protein-coupled receptor(GPCR)는 다양한 호르몬과 신경전달물질들의 다양한 신호를 전달하는 수용체 군으로 세포내의 cyclic AMP 농도 조절에서 유전자 발현에 이르기까지의 다양한 신호전달로 시각, 미각, 후각 등의 기능을 비롯하여 수많은 신경전달 물질과 호르몬의 다양한 생리반응에 관련되어 있습니다. 지금까지 알려진 GPCR은 수 백개가 넘으며 특히 이들의 신호전달체계는 호르몬이나 신경전달물질이 수용체들에 결합하면, G단백 (G protein : GTP-binding protein)이라는 특별한 단백질을 매개로 하여 다른 효소, 혹은 세포내 이온채널 등의 활성화를 시작으로 일련의 신호전달 단계를 거치는 것으로 알려져 있습니다. 모든 GPCR의 구조적인 특성은 각 20-25개의 아미노산으로 구성된 7개의 transmembrane domain 을 가지고 있으며, 이 transmembrane domain 부위는 3개의 세포내 loop와 3개의 세포 외 loop등에 의해 연결된 구조를 갖고 있습니다. GPCR의 신호전달 메커니즘은, 우선 수용체가 활성화 되지 않은 상태에서는 GPCR의 Galpha？와 Gbeta/gamma는 같이 결합된 상태로 있으며, 이때 Galpha는 GDP와 결합된 상태이며, 수용체에 리간드가 결합하여 수용체가 활성화 되면 일단 Galpha는 GDP에 대한 친화력이 떨어지면서 GTP와 결합하게 됩니다. 이후에 GTP와 결합한 Galpha는 Gbeta/gamma？와 분리되게 되며, Galpha-GTP는 특정 effector를 자극하여 second messenger을 형성하게 합니다. 이때 분리된 Gbeta/gamma는 직접적으로 하나의 effector (E1)와 상호작용하기도 하며 또 다른 effector (E2)와 작용하기도 합니다. 그리고 일단 E1을 자극시키고난 Galpha는 GTP를 가수분해하게 되고 다시 GDP를 결합하게 된 상태가 되며 다시 Galpha와 beta/gamma가 결합하는 초기의 상태로 돌아오게 되는 것으로 알려져 있습니다. 반면에, enzyme-linked receptor(ELR)는 catalytic receptor라고도 하는데, 세포외 리간드가 결합하게 되면 세포내부 영역에 있는 효소적 활성을 유발시키는 일종의 transmembrane receptor입니다. 따라서 ELR은 효소적 촉매 기능과 수용체 기능 모두를 가지고 있는 integral membrane protein이라고 볼 수 있습니다. ELR은 2가지 중요한 domain을 가지고 있는데, 세포밖에서 리간드가 결합하는 domain과 촉매기능이 있는 세포내 domain으로 이 domain은 transmembrane helix 구조입니다. 신호전달 메커니즘은, 신호물질이 세포의 바깥쪽 수용체에 결합하게 되면 세포안쪽의 촉매 기능을 나타내는 domain의 구조적 변화가 유발되어 cascade로 신호가 전달되게 됩니다. ELR의 대표적인 예로, receptor tyrosine kinase, serine/threonine-specific protein kinase, guanylate cyclase가 있는데, 이중 대부분 ELR이 receptor tyrosine kinase에 해당됩니다. GPCR에 대한 좀 더 자세한 내용은, 1. Gilman, A.G. (1987) G Proteins: transducers of receptor-generated signals. Annu Rev Biochem. 56, 615-649. 2. McCudden CR, Hains MD, Kimple RJ, Siderovski DP, Willard FS (2005) G-protein signaling: back to the future, Cell Mol Life Sci. 2005 Mar;62 (5):551-577. 를 참고하시고, ELR에 대한 좀 더 자세한 내용은, 1. Alberts, B et al (2008) "Signaling through enzyme linked receptors" in Molecular Biology of the Cell, 5th Edition. New York, Garland Science. 2. Lodish, H et al (2008) "Cell Signaling I and II" in Molecular Cell Biology, 6th Edition. New York, W. H. Freeman and Company. 를 참고하세요.