호흡 버스트

Respiratory burst

호흡 버스트(또는 산화 버스트)는 다양한 세포 유형에서 반응성 산소 종(ROS), 슈퍼옥시드 음이온−
2(O) 및 과산화수소(HO
2
2)가 빠르게 방출되는 것입니다.

이것은 보통 포유류의 면역학적 방어에 사용되지만 세포 신호 전달에도 역할을 한다.수정 후 동물의 난자에 호흡기 파열도 관여한다.그것은 식물 세포에서도 발생할 수 있다.

면역

면역세포는 골수세포와 림프세포로 나눌 수 있다.대식세포와 호중구를 포함한 골수세포는 특히 호흡 폭발에 [1]관여한다.그들은 식세포성이며, 호흡기의 폭발은 내재화된 박테리아나 다른 병원체의 후속적인 열화에 필수적이다.이것은 선천적인 면역의 중요한 측면이다.

호흡 버스트는 NADPH 산화효소(인간의 NOX2) 활동을 통해 산소 소비량을 10~20배 증가시켜야 합니다.NADPH는 NOX2의 핵심 기질로 저전력을 가지고 있다.글리코겐 분해는 NADPH를 생성하는데 필수적이다.이것은 펜토오스 인산 경로를 통해 발생한다.

NOX2 효소는 식중독 세포막에 결합되어 있다.박테리아 식세포증 후, 그것은 활성화되어 세포질 NADPH에서 식세포질 [2]내 O로2 전자를 전달하는 산화환원 중심을 통해 슈퍼옥시드를 생성한다.


2O2 + NADPH —> 2O2•– + NADP+ + H+


그리고 나서 슈퍼옥시드는 다른 분자와 자발적으로 또는 효소적으로 반응하여 다른 ROS를 발생시킬 수 있습니다.식세포막은 생성된 반응성 유리기에 대한 세포외 환경의 노출을 제한하기 위해 재봉합한다.


반응성 종 생성을 위한 경로

호흡 버스트와 관련된 파골리소좀의 활성 산소 및 활성 질소 종 생성.

이펙터 [3]세포에서 반응성 산소종 또는 반응성 질소종(RNS)을 생성하는 세 가지 주요 경로가 있습니다.

  1. 슈퍼옥사이드 디스무타아제(또는 미엘로페르옥시다아제)는 슈퍼옥사이드로부터 과산화수소를 생성한다.다음으로 Haber-Weiss 반응 또는 Fenton 반응을 통해 히드록실 라디칼이 생성되며, 둘 다 Fe에 의해2+ 촉매된다.

    O2•–+HO22 -> OH– + OH2 + OH

  2. 할로겐화물 이온, 특히 염화물 이온의 존재 하에서 미엘로페르옥시다아제는 과산화수소를 사용하여 차아염소산을 생성한다.

    HO22 + Cl− -> ClO− + HO2

  3. 일산화질소 합성효소(면역 내 유도성 아이소폼, iNOS)는 L-아르기닌에서 일산화질소 생성을 촉매한다.

    2L 아르기닌 + 3NADPH + 3H+ + 4O2 —> 2시트룰린 + 2NO• + 4HO2 + 3NADP

산화질소는 슈퍼옥시드 음이온과 반응하여 과산화질소 음이온을 생성해도 된다.

O2•− + NO• → ONO2−


병원균에 대한 방어

호흡 버스트에서 이러한 반응성 종에 대한 노출은 병리학을 초래한다.이는 삼켜진 박테리아에 대한 산화적 손상 때문이다.

특히, 과산화니트라이트는 살균작용을 하는 지질 과산화, 단백질 산화, 단백질 질화를 일으킬 수 있는 매우 강한 산화제이다.FeS와 같은 전이 금속 중심을 포함하는 단백질과 직접 반응하여 Fe를 방출하여2+ 펜톤 반응을 일으킬 수 있습니다.또한 페르옥시니트라이트는 펩타이드 사슬 내의 다양한 아미노산과 반응하여 단백질 구조를 변화시켜 단백질 기능을 변화시킬 수 있다.가장 일반적으로 시스테인을 산화시키고 다른 생성된 RNS를 통해 간접적으로 티로신 질화를 유도할 수 있습니다. 단백질 기능 변화에는 효소 촉매 활성, 세포 골격 조직 및 세포 신호 [4]전달의 변화가 포함됩니다.

하이포아염소산은 DNA, 지질, 단백질을 포함한 다양한 생체분자와 반응한다.HClO는 시스테인 및 메티오닌을 각각 술프하이드릴기와 황기를 통해 산화시킬 수 있다.전자는 디술피드 결합의 형성을 유도하여 단백질 가교를 유도한다.두 산화 모두 단백질 응집과 궁극적으로는 세포 [5]사멸을 초래한다.술프하이드릴기는 3개의 HClO 분자에 의해 최대 3배까지 산화될 수 있으며, 술펜산, 술핀산 및 R-SOH를3 형성할 수 있으며, 이는 점점 더 비가역적이고 [6][7]살균적이다.한편 메티오닌 산화는 가역적이다.HOCl은 또한 1차 또는 2차 아민과 반응하여 박테리아에 [8][9]독성이 있는 클로로아민을 생성할 수 있습니다.단백질 교차 연결 및 응집 및 FeS 그룹의 혼란도 발생할 수 있습니다.

하이포아염소산 형성에 필수적인 것은 미엘로페르옥시다아제이다.미엘로페르옥시다아제는 호중구에 가장 풍부하며, 식세포증은 탈과립화를 동반한다.과립과 파골리소좀의 융합으로 미엘로페르옥시다아제 [10]등의 성분을 방출합니다.많은 살균 제품이 호흡 버스트 중에 생성되기 때문에 침입한 병원체를 죽이는 데 있어 개별 분자의 중요성은 완전히 이해되지 않는다.

호중구는 ROS를 포함한 생성된 항균제품의 높은 독성으로 인해 염증 시 숙주조직 손상을 제한하기 위해 수명이 짧다.

질병

만성 육아종 질환은 NOX2가 결함이 있는 인간 호중구의 유전 질환이다.식세포증은 여전히 발생할 수 있지만 NOX2가 제대로 작동하지 않으면 과산화물이 생성되지 않으므로 호흡이 폭발하지 않는다.세균 감염이 [11]해소되지 않았습니다.

셀룰러 시그널링

비식세포

비식세포에서는 세포내 신호전달경로에 산화버스트 생성물이 사용된다.생성된 ROS는 셀의 redox 상태를 이행함으로써 이를 실현합니다.이는 산화 생성물인 글루타치온 이황화물(GSH:GSSG)[12]에 대한 항산화 효소 글루타치온의 비율에 의해 모니터링될 수 있다.항산화효소는 관련된 분자, 특히 초산화 음이온과 일산화질소를 제거함으로써 산화환원신호를 상쇄시킨다.레독스 시그널링은 증식, 분화, 혈관 기능 및 신경 전달과 같은 정상적인 과정에 매우 중요합니다.그것은 또한 암과 같은 질병 상태에도 관여한다.

NADPH 산화효소 이소폼 NOX1은 각 [13]수용체의 성장인자(예: EGF) 자극에 반응하여 일시적으로 슈퍼옥시드의 폭발을 생성한다.슈퍼옥시드를 확산제한속도에 가까운 속도로 과산화수소로 분해한다.슈퍼옥시드의 분해를 위한 이러한 공간적 제약은 산화환원신호의 특이성을 허용합니다.특이성은 또한 세포 혈장막의 특정 미세 도메인에서 NOX1 국재화에 의해 보장된다.아쿠아포린이나 확산과 같은 채널을 통해 과산화수소는 세포로 들어간다.거기서, 그것은 산화환원 감수성 단백질의 시스테인 그룹을 산화시켜, 신호를 전달할 [14]수 있다.

대식세포

식세포의 산화적 폭발은 가장 일반적으로 세균의 죽음과 관련이 있다.그러나 대식세포, 특히 폐포 대식세포는 보통 호중구보다 훨씬 낮은 수준의 ROS를 생성하며 살균성을 위해 활성화가 필요할 수 있다.대신, 이들의 일시적인 산화 버스트는 산화 환원 시그널링을 위한 사이토카인 합성을 유도함으로써 염증 반응을 조절하고, 결과적으로 호중구와 활성화된 [15]대식세포의 유입을 초래한다.

암세포

암세포는 과도한 수준의 ROS를 생성함으로써 세포 신호 전달을 조작할 수 있으며, 따라서 구성적으로 세포 성장과 [16]증식을 촉진하는 경로를 활성화시킬 수 있다.관련 경로에는 NF-δB, PI3K, HIF 및 MAPK가 포함된다.사람의 경우, 미토콘드리아 ROS는 발암성 KRAS 세포에서 승모세포 경로 자극을 위해 산화 버스트에서 방출되는 것과 함께 필요하다.그러나 발암성 Kras 마우스 섬유아세포에서는 NADPH 산화효소 억제제가 이러한 성장인자 [17]경로를 차단하기에 충분한 것으로 나타났다.종양 발생 세포는 또한 암세포의 [18]죽음을 막기 위해 높은 수준의 항산화 물질을 동시에 유지한다.

수정

특히 수정 후 산화성 폭발은 성게알에서 볼 수 있다.이것은 호중구의 그것과는 진화적으로 다른 것으로 여겨진다.

과산화수소는 산소 [19]소비량 증가에 따른 난산화효소 활성에 의해 생성된다.이것은 치명적인 다발성 배양을 방지하기 위해 난자 단백질의 가교 연결에 필수적이다.과산화수소 자체도 정조세포다.그러나 생성된 반응종은 산화적 손상으로부터 수정란 자체를 보호하기 위해 면역력보다 낮은 수준으로 유지된다.이것은 주로 동일한 난산화효소의 이중 기능을 통해 과산화수소를 제거하고, 둘째로 카탈라아제 및 글루타티온과 [20]같은 세포질 ROS 스캐빈저를 통해 달성된다.

식물 내

산화성 폭발은 식물의 병원균 감염에 대한 방어 메커니즘으로 작용한다.이는 세포 표면에 위치한 수용체(예: FLS2 또는 EFR)[21][22][23]에 의한 PAMPS 검출 후에 나타난다.동물과 마찬가지로 식물에서 활성산소종의 생산은 NADPH 산화효소에 의해 매개된다.식물 면역에서 NADPH 산화효소 서브유닛 RbohD와 RbohF는 서로 다른 조직 및 서로 다른 [24][25]수준에서 발현되는 중복 기능을 가진다.단, 생성된 ROS가 밀폐된 식세포에 포함되는 동물 식세포와 달리 식물의 산화성 폭발은 포함하지 않는다.따라서 생성된 ROS는 병원체 독성과 함께 추가적인 영향을 미친다.과산화수소는 식물의 세포벽 [26][27]당단백질의 산화적 가교를 유도한다.이것은 [28]병원균에 의한 효소 분해에 대한 민감성을 감소시킨다.동물의 선천적 면역과 유사한 전신 후천적 저항도 노출된 식물 [29]세포에서 유도된다.과산화수소 노출은 또한 병원성 [30][31]감염을 제한하기 위해 소수의 숙주 세포가 감염 현장에서 사망하는 과민반응을 초래할 수 있다.식물에서의 ROS 생산은 루미놀-페르옥시다아제 기반 [32]분석을 통해 병원체 인식을 성공적으로 하기 위한 판독치로 사용될 수 있다.

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외부 링크