칼슘 신호

칼슘 신호는 칼슘 이온(Ca²⁺)이 신호 전달의 한 단계로서 세포내 과정을 전달하고 추진하기 위해 자주 사용하는 것이다. Ca는²⁺ 세포 신호 전달에 중요한데, 일단 세포질 세포질의 세포솔에 들어가면 많은 효소와 단백질에 대해 알로스테리적인 규제 효과를 발휘한다. Ca는²⁺ 이온 채널의 활성화에 따른 신호 전달이나 G 단백질 결합 수용체와 같은 간접 신호 전달 경로에 의해 발생하는 두 번째 전달자 역할을 할 수 있다.

농도조절

세포질 내 Ca의²⁺ 휴식 농도는 보통 100nM 전후로 유지된다. 이것은 일반적인 세포외 농도보다 2만배에서 10만배 낮은 것이다.^[1][2] 이 낮은 농도를 유지하기 위해 Ca는²⁺ 세포외 공간인 세포외 공간인 ER(Endoplasmic reticulum)로, 때로는 미토콘드리아로 활발하게 펌프질된다. 세포질 및 오르가넬의 특정 단백질은²⁺ Ca를 결합하여 완충제 역할을 한다. 세포 내 저장소에서 Ca²⁺ 이온을 방출하기 위해 세포가 자극을 받을 때, 또는 Ca가²⁺ 플라스마 멤브레인 이온 채널을 통해 세포 안으로 들어갈 때 신호가 발생한다.^[1] 특정 조건에서 세포내 Ca²⁺ 농도는 특정 주파수에서 진동하기 시작할 수 있다.^[3]

인광리파제 C 경로

특정 신호는 ER이나 플라즈마 막의 채널을 개방함으로써 500–1,000nM으로 세포질 Ca²⁺ 레벨을 갑자기 증가시킬 수 있다. 세포질 칼슘 농도를 증가시키는 가장 일반적인 신호통로는 PLC(인산화효소 C) 경로다.

1. G단백질결합수용체와 수용체 티로신키나제를 포함한 많은 세포표면수용체는 PLC효소를 활성화시킨다.
2. PLC는 막인산 PIP의₂ 가수분해를 이용하여 IP와₃ 디아실글리세롤(DAG)을 형성한다.
3. DAG는 혈장막에 부착되어 단백질 키나아제 C(PKC)를 채용한다.
4. IP는₃ ER로 확산되어 IP3 수용체와 결합된다.
5. IP₃ 수신기는 Ca²⁺ 채널 역할을 하며, ER에서²⁺ Ca를 방출한다.
6. Ca는²⁺ PKC와 다른 단백질에 결합하여 활성화시킨다.^[4]

내소성 망막에서 고갈

ER에서 Ca가²⁺ 고갈되면 "점포 작동 채널"(SOCs)이 활성화되어 셀 외부에서 Ca²⁺ 진입으로 이어질 것이다.^[5] 이러한 Ca²⁺ 유입을 Ca-release-activated²⁺ Ca²⁺ 전류(ICRAC)라고 한다. ICRAC가 발생하는 메커니즘은 현재도 조사 중에 있다. Orai1과 STIM1은 여러 연구에 의해 연계되었지만, 상점에서 운영하는 칼슘 유입의 제안된 모델이다. 최근 연구에서는 ICRAC의 가능한 매개체로 인광리파제 A2 베타,^[6] 니코틴산 아데닌 디뉴클레오티드 인산염(^[7]NADP), 단백질 STIM 1을^[8] 꼽았다.

두 번째 메신저로

칼슘은 광범위한 생리학적 역할을 하는 어디서나 볼 수 있는 제2의 메신저다.^[2] 여기에는 근육수축, 신경전달(배출성 시냅스), 세포운동성(플라겔라와 섬유의 움직임을 포함한다), 수정, 세포성장(확산), 신경생성, 시냅스성 가소성과 같은 학습과 기억, 침의 분비가 포함된다.^[9][10] 높은 수준의 세포질 Ca²⁺ 또한 세포가 세포사멸을 겪게 할 수도 있다.^[11] 칼슘의 다른 생화학적 역할에는 조절 효소 활성, 이온 채널의 투과성,^[12] 이온 펌프의 활동, 세포골격의 성분이 포함된다.^[13]

많은 Ca²⁺ 매개 사건은 방출된 Ca가²⁺ 규제 단백질인 Calmodulin에 결합하여 활성화할 때 발생한다. Calmodulin은 Ca-calmodulin²⁺ 의존성 단백질 키나제를 활성화하거나 다른 이펙터 단백질에 직접 작용할 수 있다.^[14] Ca의²⁺ 생물학적 효과를 매개하는 많은 다른 Ca-binding²⁺ 단백질들이 있다.

인 머슬 수축

골격근섬유 수축은 전기자극에 의해 발생한다. 이 과정은 횡관 접합부의 탈극화에 의해 발생한다. 일단 사르코플라스믹 레티쿨럼(SR)이 탈분극화되면 Ca가²⁺ 많은 칼슘 민감 완충기에 결합되는 균사체로 방출된다. 근막에 있는 Ca는²⁺ 얇은 필라멘트 위에 있는 Ca²⁺ 규제 기관 사이트로 확산될 것이다. 이것은 근육의 실제 수축으로 이어진다.^[15]

부드러운 근육섬유의 수축은 어떻게²⁺ Ca 유입이 일어나느냐에 달려 있다. Ca가²⁺ 유입되면 myosin과 액틴 사이에 교차 다리가 형성되어 근육섬유의 수축으로 이어진다. 유입은 이온 채널을 통한 세포외 Ca²⁺ 확산에서 발생할 수 있다. 이것은 세 가지 다른 결과로 이어질 수 있다. 첫 번째는 세포 전체에서 Ca²⁺ 농도가 균일하게 증가하는 것이다. 이것은 혈관 직경의 증가에 책임이 있다. 두 번째는 매우 빠르고 균일한 Ca²⁺ 증가로 이어지는 멤브레인 전위의 빠른 시간 의존적 변화다. 이것은 교감 또는 부교감 신경 채널을 통해 신경전달물질의 자발적인 방출을 유발할 수 있다. 마지막 잠재적 결과는 구체적이고 국부적인 경막하 Ca²⁺ 릴리즈다. 이러한 방출 유형은 단백질 키나아제의 활성화를 증가시키며, 흥분-농축 커플링을 유발하는 심장 근육에서 나타난다. Ca는²⁺ 또한 SR에서 발견된 내부 매장에서 발생할 수 있다. 이 방출은 Ryaodine(RYR) 또는 IP₃ 수용체에 의해 발생할 수 있다. RYRs Ca²⁺ 릴리즈는 자발적이고 지역적이다. 이는 동맥, 관문맥, 비뇨기 방광, 요관조직, 기도조직, 위장조직 등 다수의 매끄러운 근육조직에서 관찰된 바 있다. IP₃ Ca²⁺ 해제는 SR의 IP₃ 수신기 활성화에 의해 발생한다. 이러한 유입은 종종 대장과 관문맥에서 볼 수 있는 자발적이고 국소적이지만, 많은 혈관 조직에서 관찰되는 전지구적인 Ca²⁺ 파동으로 이어질 수 있다.^[16]

인 뉴런

뉴런에서 세포설과 미토콘드리아 Ca의²⁺ 동반성 증가는 미토콘드리아 에너지 대사와 뉴런 전기 활성의 동기화에 중요하다. 미토콘드리아 매트릭스 Ca²⁺ 레벨은 크렙스 사이클의 핵심 규제 효소 중 하나인 이소시트레이트 탈수소효소의 활성화에 필요한 수십 μM 레벨에 도달할 수 있다.^[17][18]

뉴런에서 ER은 이항 막 시스템에 있는 수많은 세포외 및 세포내 신호를 플라즈마 막과 통합하는 네트워크에서 사용될 수 있다. 이와 같은 플라즈마 막과의 연관성은 ER에 대한 비교적 새로운 인식과 "뉴런 내의 뉴런"이라는 주제를 만들어낸다. ER의 구조적 특성, Ca²⁺ 싱크 역할을 하는 능력, 특정 Ca²⁺ 방출 단백질은 Ca²⁺ 방출의 재생파를 생성할 수 있는 시스템을 만드는 역할을 한다. 이것들은 세포 내에서 지역적으로나 전세계적으로 의사소통할 수 있다. 이러한 Ca²⁺ 신호는 세포외 플럭스와 세포내 플럭스를 통합하며, 시냅스성 가소성, 기억력, 신경전달물질 방출, 신경세포 흥분성, 유전자 전사 수준에서 장기적 변화 등의 역할을 담당하도록 관여되어 왔다. ER 스트레스는 또한 Ca²⁺ 신호 전달과 관련이 있으며, 펼쳐지는 단백질 반응과 함께 ER 관련 열화(ERAD)와 자동 중독을 일으킬 수 있다.^[19]

인 비료

수정 중의 ca²⁺ 유입은 난모세포의 발달을 위한 방아쇠로 많은 종에서 관찰되어 왔다. 이러한 유입은 어류와 어류에서 볼 수 있는 농도의 단일 증가로 발생하거나 포유류에서 관찰된 것처럼 진동하는 농도로 발생할 수 있다. 이러한 Ca²⁺ 유입에 대한 유발 요인은 다를 수 있다. 이 유입은 정자에 있는 막²⁺ Ca 도관과 Ca²⁺ 저장소를 통해 발생하는 것으로 관찰되었다. 또한 정자가 세포막 수용체에 결합되어 ER로부터 Ca에서²⁺ 방출되는 것을 볼 수 있다. 정자는 또한 그 종에 특정한 수용성 인자를 방출하는 것으로 관찰되었다. 이것은 이종간 수정의 발생을 막는다. 이러한 수용성 인자는 IP₃ 수용체를 통해 ER로부터 Ca를²⁺ 방출하는 IP₃ 활성화로 이어진다.^[20] 또한 일부 모델 시스템은 포유류와 같이 이러한 방법들을 혼합하는 것으로 보여진다.^[21][22] 일단 Ca가²⁺ ER에서 방출되면 난자는 융합된 프로뉴클레오스를 형성하는 과정과 미토틱 세포 주기의 재시동을 시작한다.^[23] 또한 Ca²⁺ 릴리즈는 세포막 생합성을 유도하는 NAD⁺ 키나아제의 활성화와 히알린 층의 형성을 유도하는 난모세포 피질 과립의 난모세포 증식 작용으로 슬로우 블록이 다낭성으로 이어지게 된다.

참고 항목

• 나노도마인
• 유럽 칼슘 협회

참조

추가 읽기

• Petersen OH (2005). "Ca2+ signalling and Ca2+-activated ion channels in exocrine acinar cells". Cell Calcium. 38 (3–4): 171–200. doi:10.1016/j.ceca.2005.06.024. PMID 16107275.

위키미디어 커먼즈에는 칼슘 신호와 관련된 미디어가 있다.