철의 유무에 따라서 페리틴과 트랜스페린의 유전자 발현은 어떻게 달라지나요?
안녕하세요. 세포내의 철의 유무에 따라서 철을 저장하는 단백질인 페리틴과 철의 운반체인 트랜스페린의 유전자 발현은 어떻게 달라지는 것인지 궁금합니다.
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
세포 내철이 많으면 IRP가 IOE에서 떨어져 페리틴 mrna 번역이 활성화 되고 트랜스 페린 수용체가 mRNA는 분해돼 발현이 감소할수 있답니다.
세포 내 철분 농도에 따라 페리틴과 트랜스페린의 유전자 발현은 정반대로 조절되는데, 이 조절은 철 조절 단백질(IRP)과 mRNA의 철 반응 요소(IRE) 간의 상호작용을 통해 이루어지게 됩니다.
철분이 많을 때 IRP는 철분과 결합하여 IRE에 붙지 못하게 됩니다. 그래서 페리틴 mRNA의 번역이 활발해져 철분 저장 단백질인 페리틴이 많이 만들어집니다. 반대로 트랜스페린 수용체 mRNA는 불안정해져 분해되므로 철분의 흡수가 줄어듭니다.
반면 철분이 부족할 때 IRP는 IRE에 결합하여 페리틴 mRNA의 번역을 억제합니다. 따라서 페리틴 생성이 줄어들어 철분 저장이 감소합니다. 동시에 IRP가 트랜스페린 수용체 mRNA에 결합하여 mRNA를 안정화시키므로, 트랜스페린 수용체가 많이 만들어져 세포로의 철분 흡수가 증가합니다.
세포 내 철분 농도에 따라 페리틴과 트랜스페린 수용체의 유전자 발현은 정교하게 조절됩니다. 철분 농도가 높을 경우, 철 저장 단백질인 페리틴의 합성이 증가하여 과도한 철분으로 인한 세포 손상을 방지하며, 동시에 철분 흡수를 억제하기 위해 트랜스페린 수용체의 합성은 감소합니다. 반대로, 철분 농도가 낮을 경우에는 세포가 철분을 효율적으로 흡수하도록 트랜스페린 수용체의 합성을 증가시키고, 페리틴의 합성을 억제하여 저장된 철분을 방출하도록 합니다.
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 좋은 질문 주셨습니다. 철(Fe)은 세포 대사와 산화환원 반응에 필수적이지만 과잉되면 활성산소종을 생성해 독성을 나타내기 때문에, 세포는 철 항상성을 정교하게 조절하게 되는데요, 여기에는 말씀해주신 것처럼 주로 철조절단백질과 철반응요소가 중요한 역할을 합니다. 우선 페리틴은 철을 세포 내에 저장하여 독성을 줄이고 필요할 때 방출하는 역할을 담당하는데요, 원래 페리틴 mRNA의 5′ UTR에 IRE가 존재하고 있습니다. 철이 부족한 상황에서는 IRP가 5′ UTR IRE에 결합해 있기 때문에 리보솜 결합이 방해되므로 번역이 억제되고 따라서 페리틴 단백질 생성이 감소합니다. 반면에 철이 충분한 조건에서는 IRP가 IRE에서 떨어지며 번역이 진행되고 페리틴 단백질이 증가하여 철을 저장하게 되는 것입니다.
또한 트랜스페린 수용체는 세포 외부의 철을 트랜스페린(Tf)에 실어 세포 내로 유입하는 역할을 하는데요, TfR mRNA의 3′ UTR에 여러 개의 IRE가 존재하고 있습니다. 따라서 철이 부족할 때에는 IRP가 3′ UTR IRE에 결합해있기 때문에 mRNA가 분해되지 않고 안정화되므로 번역이 진행되어 트랜스페린 수용체 단백질이 증가하여 철 유입이 촉진됩니다. 반면에 철이 충분할 때에는 IRP가 IRE에 결합하지 않기 때문에 mRNA가 불안정해지고 분해되어 발현이 감소하는 것입니다. 감사합니다.