신호 전달 과정에서 순응이 일어나는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 신호 전달 과정에서는 동일한 신호 분자에 대해서 점차적으로 수용체가 둔감해지면서 순응이라는 현상이 나타난다고 하는데 이것이 나타나는 이유가 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요.
네, 신호전달 과정에서는 '순응'이라는 현상이 나타날 수 있는데요, 순응(desensitization) 혹은 탈감작(downregulation)은 세포가 동일한 신호 자극에 대해 시간이 지나면서 점차 반응을 줄이는 현상을 말합니다. 세포는 신호에 무한정 반응하는 것이 아니라 자극의 강도와 지속 시간에 맞춰 반응을 조절해야 하는데요, 계속 같은 신호에 최대 반응을 하면, ATP, 단백질, 이온 같은 세포 자원이 고갈되며, 순응을 통해 에너지를 아끼고 균형을 유지하게 됩니다. 또한 일정한 자극에 항상 반응하면 새로운 자극을 감지하기 어려운데요, 이때 반응을 낮춰 놓아야 새로운 강한 신호가 들어왔을 때 다시 민감하게 감지 가능할 수 있습니다. 예를 들어 호르몬이나 신경전달물질에 과도하게 반응하면 대사 이상, 독성 효과, 세포 손상이 생길 수 있습니다. GPCR의 경우, 신호가 지속되면 GRK (G-protein coupled receptor kinase)가 수용체를 인산화하는데요, 이 인산화된 수용체에는 β-arrestin이 결합하며 G 단백질이 더 이상 붙을 수 없고 반응이 차단됩니다. 또는 수용체-리간드 복합체가 세포 안으로 들어가면서 일시적으로 세포 표면에서 제거되며 이 경우, 세포막에 남은 수용체 수가 줄어들어 신호가 약해집니다. 또는 지속적 신호에 의해 특정 효소, 이온채널, 보조 단백질의 발현량이 조절되며 그 결과 세포의 반응성이 장기적으로 낮아질 수 있습니다. 감사합니다.
1명 평가안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
신호 순응은 수용체가 지속적으로 자극을 받으면 활성화 민가도가 감소하는 현상인데,
세포가 과도한 신호에대해서 과잉반응을 하지 않도록 하는 보호기전입니다.
수용체의 탈감작이나 엔도사이토시스 또는 G단백질 이차신호분자 경로의 피드백 억제 등등
다양한 세포 내부 조절 메커니즘에 의해서 발생하는 현상입니다.
감사합니다.
신호 전달 과정에서 순응 현상이 나타나는 이유는 지속적인 신호에 대해 세포가 과도하게 반응하는 것을 막고, 새로운 신호에 민감하게 반응할 수 있도록 수용체의 감도를 조절하기 위함입니다. 이러한 순응은 수용체 인산화, 수용체 내재화, 신호 전달 경로 단백질의 비활성화 등의 기전을 통해 이루어집니다. 예를 들어 GPCR은 신호 분자와 지속적으로 결합하면 GPCR 키나아제에 의해 인산화되고, 이로 인해 아레스틴이라는 단백질이 결합하여 신호를 전달하지 못하게 됩니다. 또한 아레스틴은 수용체를 세포 내부로 끌어들이는 역할을 하여 세포막에 존재하는 수용체의 수를 줄임으로써 신호에 대한 반응을 둔화시킵니다.
간단히 말씀드리면 동일한 자극에 우리 몸이 과도하게 반응하는 것을 막고, 새로운 변화에 효율적으로 반응하기 위해 나타나는 현상입니다.
그리고 순응은 수용체의 내재화와 인산화 과정을 통해 이루어집니다.
세포 외부의 신호 분자가 수용체에 계속 결합하면, 세포막에 있던 수용체가 세포 내부로 흡수되어 사라집니다. 이렇게 수용체의 수가 줄어들면, 다음 신호가 오더라도 반응할 수 있는 수용체가 부족해져 신호 전달 효율이 떨어지게 됩니다. 대표적으로 약물에 대한 내성의 주요 기전 중 하나이기도 합니다.
또 신호 분자가 수용체에 결합하면 세포 내 신호 전달 경로가 활성화되는데, 이 과정에서 수용체 키나아제와 같은 효소가 수용체를 인산화시킵니다. 인산화된 수용체는 어레스틴과 같은 조절 단백질과 결합하게 되어 신호 전달이 억제되게 되죠.
이러한 기전을 통해 세포는 특정 신호에 대한 반응을 일시적으로 약화시키거나 중단시켜, 끊임없이 들어오는 신호에 대해 지속적인 반응을 하지 않도록 조절하는 것입니다.