열충격반응

Heat shock response

열충격반응(HSR)은 온도 상승, 산화스트레스, 중금속 등 스트레스 요인에 의한 단백질에 대한 부정적 영향을 퇴치하기 위해 분자 보호막의 수를 늘리는 세포응력반응이다.[1]정상 세포에서는 단백질이 세포의 주요 기능 단위이기 때문에 프로테오스타시스(단백질 항진)가 유지되어야 한다.[2]많은 단백질들이 생물학적 기능을 수행하기 위해 단백질 접기라고 알려진 과정에서 정의된 구성을 취한다.이러한 구조물이 변형되면 중요한 과정이 영향을 받아 세포 손상이나 사망으로 이어질 수 있다.[3]열충격 대응은 스트레스를 받아 열충격 단백질(HSP)의 발현을 유도할 수 있는데, 이 중 상당수는 분자 보호판이며 단백질이 잘못 접히는 것을 방지하거나 역방향으로 돕고 적절한 접힘 환경을 제공한다.[4]null

단백질 폴딩은 이상 상호작용이 일어날 수 있는 세포내 공간이 혼잡하기 때문에 이미 어려움을 겪고 있다; 환경 스트레스 요인이 단백질을 변성시킬 수 있고 더 많은 비원형 폴딩이 발생할 수 있을 때 더욱 어려워진다.[5]분자 보호막의 작업이 잘못 접히는 것을 방지하기에 충분하지 않은 경우 단백질이 단백질이나 자가포착에 의해 분해되어 잠재적으로 독성이 있는 골재를 제거할 수 있다.[6]잘못 접힌 단백질은 그대로 방치하면 단백질이 제대로 순응하는 것을 막는 집적(집적)을 초래할 수 있고, 결국 각종 질병에서 볼 수 있는 플라그 형성을 초래할 수 있다.[7]HSR에 의해 유도된 열충격 단백질은 알츠하이머병, 헌팅턴병, 파킨슨병과 같은 일반적인 신경퇴행성 질환과 관련된 단백질 집적을 예방하는데 도움을 줄 수 있다.[8]null

도표는 세포에 스트레스가 유입될 때 취하는 행동을 묘사한다.스트레스는 HSF-1을 유도하고 단백질을 잘못 접게 할 것이다.분자 보호막은 이러한 단백질이 올바르게 접히도록 돕거나 잘못 접히는 정도가 너무 심하면 단백질이 프로테아솜이나 자가포진을 통해 제거된다.

열충격 반응 유도

환경 스트레스 요인의 도입으로, 세포는 반드시 프로토스타시를 유지할 수 있어야 한다.이러한 유해 조건에 대한 급성 또는 만성적인 분사는 프로테오메에 대한 안정성을 촉진하기 위해 세포 보호 반응을 이끌어낸다.[9]HSP(예: HSP70, HSP90, HSP60 등)는 정상 조건에서 존재하지만 열응력에서는 전사 계수 열충격 인자 1(HSF1)에 의해 상향 조정된다.[10][11]HSP의 주 조절기가 HSF1인 척추동물(HSF 1-4)에서는 4가지 전사인자가 발견되는 반면, σ은32 대장균의 열충격 전사인자다.[12][13]DNA에 구속되지 않을 때 HSF1은 활동적이지 않고 보호자에 의해 부정적으로 규제되는 단수 상태에 있다.[14]스트레스가 발생하면 변성 단백질의 존재로 인해 이러한 보호자가 방출되고 HSF1에 대한 다양한 순응적 변화로 인해 트리머화를 통해 활성화되는 핵 국산화 과정을 겪게 된다.[15][14]새롭게 다듬어진 HSF1은 HSP가 서로 다른 촉진자 지역에 위치한 열충격 요소(HSE)에 결합되어 HSP mRNA의 전사를 활성화한다.mRNA는 결국 기록될 것이며, 당면한 스트레스를 완화하고 프로테오스타시를 회복할 수 있는 상향 조정 HSP로 구성될 것이다.[16]HSF1은 후생유전학적 수정을 통해 HSP의 발현도 규제할 것이다.HSF1이 HSP70 및 HSP90과의 연계를 통해 부정적으로 규제되고 변환 후 추가 수정과 함께 HSF1이 단층 형태로 돌아오면 HSR은 결국 약화될 것이다.[17]HSR은 HSP의 전사 수준 증가에만 관여하지 않는다. 다른 측면에는 mRNA의 오류를 방지하는 응력에 의한 mRNA 안정성 및 잘못된 접힘을 방지하기 위한 번역 중 제어 강화가 포함된다.[18]null

분자 샤페론

분자 보호막은 일반적으로 최종 상태에 있지 않은 상태에서 다른 단백질과 연관되고 다른 단백질들이 자연적인 순응에 도달하도록 돕는 단백질이라고 불린다.[19]샤페로네는 ATP 의존적인 방식으로 기질에 결합(즉, 잘못 접힌 단백질)하여 특정 기능을 수행한다.[20]노출된 소수성 잔류물은 서로 상호작용하고 소수성 상호작용을 형성할 수 있기 때문에 단백질 집적과 관련하여 중요한 문제다.[21]잔류물에 결합하거나 단백질이 적절하게 접힐 수 있는 '안전한' 환경을 제공함으로써 이러한 집적을 막는 것이 샤페론의 일이다.[22]또한 열충격 단백질은 면역체계가 병든 세포를 인식하도록 돕기 위해 세포 표면에 단백질 조각(또는 펩타이드)을 표시하는 데 역할을 한다고 여겨진다.[23]HSR에 관련된 주요 HSP는 HSP70, HSP90, HSP60이다.[5]샤페론은 HSP70과 HSP90을 포함하며, HSP60은 샤페로닌으로 간주된다.[18]null

HSP70 샤퍼론 계열은 세포 내 주요 HSP 시스템으로, 번역, 후번역, 골재 예방, 집계된 단백질의 재분석에 핵심적인 역할을 한다.[24]초기 단백질이 번역될 때 HSP70은 단백질의 소수성 부위와 연관되어 번역이 완료될 때까지 잘못된 상호작용을 방지할 수 있다.[25]변환 후 단백질 접힘은 단백질이 샤페론에서 결합/해제되는 사이클에서 발생하며 소수성 그룹을 매장하고 적시에 접히는 데 필요한 에너지를 극복하는 데 도움이 된다.[26]HSP70은 앞서 언급한 메커니즘을 사용하여 단백질을 분해하는 데 한 몫을 한다. 샤페론은 노출된 소수성 잔류물에 결합하고 단백질을 부분적으로 또는 완전히 분해하여 HSP70이 적절한 리폴딩을 돕도록 한다.[27]단백질이 리폴딩할 수 없을 때, HSP70s는 잠재적으로 독성이 있는 골재들이 프로테아솜이나 자동포기에 의해 분해되도록 지시하는 것을 도울 수 있다.[28]HSP90s는 리폴딩 또는 단백질과 관련하여 HSP70s와 평행하며 단백질 간극에 사용된다.[4]두 HSP 사이의 한 가지 차이점은 신호로 인해 단백질이 변환되어 접히는 것을 완료할 때까지 단백질을 펼치지만 안정적인 구성으로 유지하는 HSP90s의 능력이다.[25]null

때때로 HSP70은 단백질이 최종 3-D 구조에 도달하는 데 효과적으로 도움을 줄 수 없다.접히는 열역학적 장벽이 너무 높아 샤페론이 만날 수 없다는 게 주된 이유다.[24]세포내 공간은 매우 혼잡하기 때문에, 때때로 단백질은 다른 단백질들 사이의 일탈 상호작용을 막기 위해 격리된 공간을 필요로 한다. 이것은 샤페로닌이나 HSP60에 의해 제공된다.[7] HSP60은 통 모양이며 단백질의 소수성 잔류물과 결합하기에 적합하다.[29]일단 모자가 샤페로닌에 결합하면, 단백질은 통 안에서 자유로워져 소수성 붕괴를 겪으며 안정된 순응에 도달한다.[30]일단 캡을 제거하면 단백질을 올바르게 접고 이동시켜 기능을 수행하거나, 여전히 정확하게 접히지 않으면 HSP로 복귀할 수 있다.[31]이 보호막은 집적을 제거하고 단백질 접기를 상당히 빠르게 하는 기능을 한다.[21]null

열충격 반응 및 전사 감속

열충격 후, 글로벌 전사 다운규제라고 알려진 두 번째 덜 연구된 분기가 있다.존 T 리스트 연구소에 의해 확인되었다.null

디스커버리

열충격 반응의 발견은 이탈리아의 유전학자 페루치오 리토사가 드로필라의 폴리테네 염색체와 함께 작업하면서 열 노출에 반응해 염색체 '퍼프'라고 불리는 변화를 관찰했기 때문으로 풀이된다.[32][33]그의 설명에 따르면, 그 발견은 실험실 인큐베이터에서 의도하지 않게 온도가 상승하여 생긴 우연한 결과였다.[34]1962년에 보고된 리토사의 관찰은 후에 "유전자 활동에 직접적으로 작용하는 것으로 알려진 최초의 환경 스트레스"[32]로 설명되었지만, 처음에 널리 인용되지는 않았다.[35][32][36]이러한 관찰의 중요성은 1970년대에 허셜 K의 실험실에서 뚜렷한 종류의 열충격 단백질이 발견됨에 따라 더욱 명확해졌다. 미첼,[37] 그리고 열충격 반응이 다른 유기체에서 보고되어 보편적인 것으로 인정받게 되었다.[32][36][38]null

참고 항목

참조

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