세포-세포 상호작용

Cell–cell interaction

세포-세포 상호작용은 다세포 유기체의 개발과 기능에 중요한 역할을 하는 세포 표면 사이의 직접적인 상호작용을 말한다. 이러한 상호작용은 세포들이 그들의 미세한 환경의 변화에 반응하여 서로 의사소통할 수 있게 한다. 이러한 신호를 주고받는 능력은 세포의 생존을 위해 필수적이다. 세포간의 상호작용은 세포접합을 통해 이루어지는 것과 같이 안정적일 수 있다. 이러한 결합은 특정 조직 내의 세포의 의사소통과 조직에 관여한다. 다른 것들은 면역 체계의 세포들 사이의 그것들 또는 조직 염증과 관련된 상호 작용과 같은 일시적이거나 일시적이다. 이러한 유형의 세포간 상호작용은 세포와 세포외 기질 사이의 상호작용과 같은 다른 유형과 구별된다. 세포간 의사소통의 상실은 걷잡을 수 없는 세포 성장과 암을 초래할 수 있다.

안정적인 교호작용

다양한 종류의 세포 결합. 이 도표에서, 인접 세포 또는 근측막 사이의 인터페이스는 "시트"로 묘사된다. 이 시트들 사이의 공간은 세포외 환경이며 접착 단백질 상호작용의 위치다.

조직 내의 세포 접착과 세포의 모양과 기능을 제어하기 위해서는 안정적인 세포-세포 상호작용이 필요하다.[1] 이러한 안정적인 상호작용은 인접 세포들 사이에 접촉을 제공하는 다단백질 복합체인 세포접합을 포함한다. 세포 접합은 상피 세포 시트의 보존과 적절한 기능을 가능하게 한다. 이러한 결합은 한 유형의 세포가 다른 조직보다는 같은 조직의 세포에만 달라붙을 수 있는 조직의 조직에서도 중요하다.[2]

촘촘한 접합부

촘촘한 결합은 같은 조직의 세포를 하나로 묶어 세포간 물과 수용성 분자의 이동을 막는 다단백질 복합체다. 상피세포에서 그것들은 또한 세포외막과 근측막을 둘러싸고 있는 세포외 액체를 분리하는 기능을 한다.[1] 이러한 결합은 이웃한 상피세포의 막 사이에 있는 비정형 표면 바로 아래에 위치한 연속적인 띠로서 존재한다. 인접한 세포의 촘촘한 접합부는 서로 다른 조직과 신체 구멍 사이에 봉인을 만들기 위해 정렬된다. 예를 들어 위장 상피세포의 비정형 표면은 외부 환경과 신체를 분리하는 선택적 투과 장벽 역할을 한다.[3] 이러한 접합부의 투과성은 접합부의 단백질 구성, 조직 유형 및 세포로부터의 신호 등 다양한 요인에 따라 달라진다.[1]

촘촘한 결합은 많은 다른 단백질로 이루어져 있다. 4가지 주요 투과 단백질은 오크루딘, 클라우딘, 접합부 접착분자(JAM), 트리셀룰린이다. 이들 단백질의 세포외 영역은 인접한 세포의 단백질 영역과 동종(동종의 단백질 사이)과 이질(이질성 상호작용)을 만들어 촘촘한 접합 장벽을 형성한다. 그들의 세포질 영역은 세포 세포 세포골격과 상호 작용하여 그들을 고정시킨다.[3]

고정 접합

주요 기사: 셀 접합부, 데스모솜 및 아델렌스 접합부

고정 접합부의 세 가지 유형 중 오직 두 가지 유형만 세포-세포 상호작용에 관여한다. 즉, 부속 접합과 데스모솜이다. 둘 다 많은 종류의 세포에서 발견된다. 인접한 상피세포는 그들의 측면 막에 부착된 부속물에 의해 연결된다. 그들은 촘촘한 접점 바로 아래에 위치해 있다. 그들의 기능은 세포와 조직에 형상과 장력을 주는 것이며 세포 신호의 현장이기도 하다. 아드레날린 접합은 캐더린 계열의 세포 접착 분자로 만들어진다. 다양한 고정 욕구가 있는 세포와 조직의 다양한 유형에 해당하는 100가지 이상의 캐더린이 있다. 가장 흔한 것은 E-, N-, P-카데린이다. 상피세포의 접합부에서는 E-cadherin이 가장 풍부하다.[1]

데스모솜은 또한 세포와 조직에 강도와 내구성을 제공하며 부속물 접합부 바로 아래에 위치한다. 그것들은 접착력이 있는 곳이며, 세포를 둘러싸지 않는다. 그들은 데스모글린과 데스모콜린이라는 두 개의 전문 캐더린으로 만들어졌다. 이 단백질들은 인접한 세포에서 서로 상호작용하는 세포외 영역을 가지고 있다. 세포질 측면에서 플라킨은 데스모솜을 케라틴 단백질로 구성된 중간 필라멘트에 고정시키는 판을 형성한다. 데스모솜은 세포 신호 전달에도 역할을 한다.[4]

갭 결합

갭 결합은 작은 분자들이 인접한 세포들 사이에서 확산될 수 있도록 하는 세포-세포 신호나 통신의 주요 지점이다. 척추동물에서, 갭 결합은 코넥신이라고 불리는 트랜섬브레인 단백질로 구성되어 있다. 그들은 이온, 설탕, 그리고 다른 작은 분자들이 통과할 수 있는 육각형 모공이나 채널을 형성한다. 각각의 기공은 12개의 코넥신 분자로 만들어진다; 6은 하나의 세포막에서 헤미칸넬을 형성하고 인접한 세포막에서 헤미칸넬과 상호작용한다. 이러한 접합부의 투과성은 pH와 Ca2+ 농도를 포함한 많은 요인에 의해 조절된다.[1]

직접 접촉 신호의 수용체 단백질

주요기사 : 신호전도와 셀신호

세포 표면의 수용체 단백질은 다른 세포에 의해 분비되는 특정 신호 분자를 결합하는 능력을 가지고 있다. 세포 신호는 세포가 인접한 세포, 가까운 세포(파라신), 심지어 먼 세포(내분비)와 통신할 수 있게 해준다. 이 결합은 수용체에 순응적인 변화를 유도하여, 다시 해당 세포에서 반응을 이끌어낸다. 이러한 반응은 유전자 발현의 변화와 세포골격 구조의 변화를 포함한다. 플라즈마 막의 세포외 얼굴에는 다양한 단백질, 탄수화물, 지질 등이 있으며, 이는 바깥으로 투영되어 신호 역할을 한다. 세포들 사이의 직접적인 접촉은 한 세포의 수용체들이 다른 세포의 혈장막에 부착된 작은 분자들을 묶을 수 있게 한다. eukaryotes에서는 초기 개발 중 많은 세포들이 직접 접촉을 통해 의사소통을 한다.[5]

신경계 활동에서 필수적인 부분인 시냅스 신호는 뉴런과 표적 세포 사이에서 발생한다. 이러한 대상 세포는 뉴런이나 다른 세포 유형(즉, 근육이나 분비선 세포)일 수도 있다. 캐더린 계열의 일원인 프로토카데린은 시냅스 접합체로 알려진 시냅스에서 뉴런의 표적 세포에 대한 유착을 중재한다. 뉴런과 그 대상 세포 사이에 통신이 이루어지기 위해서, 탈극화의 물결은 뉴런의 길이를 이동시켜 신경전달물질이 시냅스 접합부로 방출되게 한다. 이 신경전달물질들은 결합 후 시냅스 뉴런에 수용체를 결합하고 활성화하여 신호를 대상 세포로 전달한다. 따라서 시냅스 후 막은 신호를 받는 막에 속하며, 시냅스 전 막은 신경전달물질의 근원이 된다. 신경근 접합부에서 운동신경세포와 근육섬유 사이에 시냅스가 형성된다. 척추동물의 경우 운동 뉴런에서 분비되는 아세틸콜린은 근육섬유를 탈극화하고 근육수축을 일으키는 신경전달물질 역할을 한다. 환경과 다른 뉴런들로부터 동시 신호를 수신하고 통합하는 뉴런의 능력은 복잡한 동물 행동을 가능하게 한다.[6]

식물 세포-세포 상호작용

식물 세포는 세포-세포 통신의 장벽인 세포벽에 둘러싸여 있다. 이 장벽은 플라스모드마타라고 불리는 특수한 접합부에 의해 극복된다. 그것들은 인접한 세포의 세포질을 연결하는 갭 결합과 유사하다. 이온, 아미노산, 설탕과 같은 작은 분자(<1000 Da)는 플라스모드마타를 통해 자유롭게 확산될 수 있다. 이 작은 분자에는 신호 분자와 전사 인자가 포함되어 있다. 채널의 크기 또한 분자의 크기가 1만 Da까지 가능하도록 조절된다. 이러한 채널의 투과성은 Ca2+ 농도를 포함한 많은 요인에 의해 좌우된다. 세포질 Ca2+ 농도의 증가는 역방향으로 플라스모드마타 통과를 제한할 것이다. 갭 접합과는 달리 인접 세포의 세포막은 합쳐져 환원이라 불리는 연속적인 채널을 형성한다. 또한, 채널 내에는 세포 사이에 걸쳐 있는 데스모툴레라고 불리는 소포체 망막의 연장이 있다. 플라스모드마타에 의해 촉진되는 세포-세포 상호작용은 식물 세포와 조직의 개발과 바이러스 감염에 대한 방어에 중요한 역할을 한다.[1]

과도 상호작용

면역계

주요 기사: 면역계

백혈구나 백혈구는 비정상적인 세포를 파괴하고 박테리아와 다른 이물질로부터도 보호해준다. 이러한 상호작용은 본질적으로 일시적이지만 즉각적인 면역 반응으로 중요하다. 감염과 싸우기 위해 백혈구는 혈액에서 영향을 받는 조직으로 이동해야 한다. 이러한 조직으로의 이동을 엑스트라바스라고 한다. 그것은 혈관을 이루는 백혈구와 내피세포 사이의 세포 세포 상호작용의 연속적인 형성과 파괴를 요구한다. 이러한 세포-세포 상호작용은 주로 셀렉틴이라고 불리는 세포 접착 분자 그룹(CAM)에 의해 매개된다.[1]

면역체계의 중심인 T 도우미 세포는 B세포와 킬러 T세포의 증식을 활성화하고 자극하는 사이토카인이라고 알려진 신호를 방출함으로써 다른 백혈구와 상호작용한다. T 도우미 세포도 대식세포, 이물질을 집어삼키는 세포와 직접 상호작용하며 표면에 항원을 표시한다. 적절한 수용체를 보유한 T-헬퍼 세포는 이러한 항원에 결합하여 증식할 수 있으며, 그 결과 T-헬퍼 세포는 동일한 항원을 식별할 수 있는 능력을 가지고 있다.[7]

응고

응고 또는 혈액 응고는 피브린의 생성에 더하여 혈소판 사이의 상호작용에 의존한다. 내피나 혈관 안벽이 손상되면 콜라겐 섬유를 포함한 결합조직이 국소적으로 노출된다. 처음에 혈소판은 특정 세포 표면 수용체를 통해 노출된 결합조직에 붙는다. 이는 혈소판 활성화와 집적이 이루어지며 혈소판이 단단하게 부착되어 인접 혈소판을 모집하는 화학물질을 혈관 손상 부위로 방출한다. 그런 다음 피브린의 메쉬워크가 이 혈소판 집적 주위에 형성되어 응고 강도를 높인다.[8]

박테리아 사이의 세포 상호작용

박테리아 개체군은 조직의 세포와 유사한 방식으로 상호작용한다. 그들은 신진대사를 조절하고 성장을 조절하기 위한 수단으로 호모세린 락톤과 펩타이드와 같은 물리적인 상호작용과 신호 분자를 통해 의사소통을 한다. 흔한 예와 가장 연구된 박테리아 세포 상호작용의 형태 중 하나는 바이오필름이다. 바이오필름은 생물학적 또는 생물학적 표면에 부착할 수 있는 세포 골재다. 박테리아는 기질 가용성 변화와 같은 다양한 환경에 적응하기 위해 생물필름을 형성한다. 예를 들어, 바이오필름의 형성은 골재에 속하지 않는 세포에 비해 항생제에 대한 박테리아 세포의 내성을 증가시킨다.[9]

병리학적 함의

암

암은 세포와 세포의 상호작용을 상실하여 생길 수 있다. 정상적인 세포에서 성장은 인접한 세포와의 접촉이 세포 성장에 묘기를 일으키는 접촉 억제에 의해 조절된다. 접촉 억제는 세포 접착에 중요한 역할을 하는 단백질인 캐더린에 의해 매개되는 것으로 생각된다. 이러한 억제 작용은 세포가 서로 위로 쌓여 뭉치를 형성하는 것을 방지한다. 그러나 E-cadherin의 발현이 상실되는 암세포에서는 접촉 억제가 상실되어 조절되지 않는 성장이나 증식, 종양 형성, 전이 등을 초래한다.[10]

세균성 병원균

병원성 박테리아가 세포에 침입하기 위해서는 숙주 세포와의 통신이 필요하다. 박테리아를 침입하는 첫 단계는 보통 숙주세포에 대한 접착이다. 독성을 결정하는 특징인 강한 닻을 올리면 감염이 발생하기 전에 세균이 씻겨 나가는 것을 막아준다. 박테리아 세포는 부착 수용체 역할을 하는 글리콜리피드와 당단백질 같은 많은 숙주 세포 표면 구조에 결합될 수 있다. 일단 붙으면 박테리아는 숙주와 상호작용을 하여 정상적인 기능을 방해하고 세포골격을 교란하거나 재배열하기 시작한다. 박테리아 표면의 단백질은 숙주의 단백질 수용체와 상호작용하여 세포 내의 신호 전달에 영향을 줄 수 있다. 신호의 변화는 박테리아에게 유리하다. 왜냐하면 이러한 변화는 병원체가 침입할 수 있는 조건을 제공하기 때문이다. 많은 병원균들은 숙주 세포에 단백질 독소를 직접 주입할 수 있는 타입 III 분비 시스템을 가지고 있다. 이러한 독소들은 결국 세포골격의 재배열과 박테리아의 유입으로 이어진다.[11]

병

세포와 세포의 상호작용은 매우 구체적이고 엄격하게 규제된다. 이러한 상호작용의 유전적 결함과 조절불량은 많은 다른 질병들을 유발할 수 있다. 백혈구가 건강한 조직으로 이동하게 하는 조절장애는 급성 호흡곤란 증후군과 일부 관절염 같은 질환을 일으킬 수 있다.[12] 자가면역질환 펨피구스속염은 자가항생에서 데스모글린과 다른 정상적인 신체단백질에 이르는 결과로 나타난다. 자동항암제는 상피세포 사이의 유착을 방해한다. 이것은 피부와 점막에 물집을 일으킨다. 코넥신 유전자의 돌연변이는 심장 기형과 신경감각 청각장애를 포함한 8가지 인간 질환을 유발한다.[1]

참조

  1. ^ a b c d e f g h Harvey Lodish (2008). Molecular cell biology (6th, [2nd print] ed.). New York [u.a.]: Freeman. ISBN 9780716776017.
  2. ^ Hausman, Geoffrey M. Cooper, Robert E. (2009). The cell : a molecular approach (5th ed.). Washington, D.C.: ASM Press. ISBN 978-0-87893-300-6.
  3. ^ a b Suzuki T (February 2013). "Regulation of intestinal epithelial permeability by tight junctions". Cell. Mol. Life Sci. 70 (4): 631–59. doi:10.1007/s00018-012-1070-x. PMID 22782113.
  4. ^ Dubash, AD; Green, KJ (Jul 26, 2011). "Desmosomes". Current Biology. 21 (14): R529–31. doi:10.1016/j.cub.2011.04.035. PMID 21783027.
  5. ^ Murray P. Pendarvis; Mader, Sylvia S. (2007). Biology. Boston: McGraw-Hill Higher Education. ISBN 978-0-07-246463-4.
  6. ^ Wu H, Xiong WC, Mei L (April 2010). "To build a synapse: signaling pathways in neuromuscular junction assembly". Development. 137 (7): 1017–33. doi:10.1242/dev.038711. PMC 2835321. PMID 20215342.
  7. ^ Bruce Alberts (2002). Molecular biology of the cell (4. ed.). New York [u.a.]: Garland. ISBN 0-8153-4072-9.
  8. ^ Engelmann B, Massberg S (January 2013). "Thrombosis as an intravascular effector of innate immunity". Nat. Rev. Immunol. 13 (1): 34–45. doi:10.1038/nri3345. PMID 23222502.
  9. ^ Voloshin SA, Kaprelyants AS (November 2004). "Cell-cell interactions in bacterial populations". Biochemistry Mosc. 69 (11): 1268–75. doi:10.1007/s10541-005-0072-9. PMID 15627380.
  10. ^ Mayor, R; Carmona-Fontaine, C (Jun 2010). "Keeping in touch with contact inhibition of locomotion". Trends in Cell Biology. 20 (6): 319–28. doi:10.1016/j.tcb.2010.03.005. PMC 2927909. PMID 20399659.
  11. ^ Lu L, Walker WA (June 2001). "Pathologic and physiologic interactions of bacteria with the gastrointestinal epithelium". Am. J. Clin. Nutr. 73 (6): 1124S–1130S. doi:10.1093/ajcn/73.6.1124S. PMID 11393190.
  12. ^ Burdick MM, McCarty OJ, Jadhav S, Konstantopoulos K (2001). "Cell-cell interactions in inflammation and cancer metastasis". IEEE Eng Med Biol Mag. 20 (3): 86–91. doi:10.1109/51.932731. PMID 11446216.