두 번째 메신저 시스템

Second messenger system

두 번째 전령사는 세포외 신호 분자, 즉 첫 번째 전령인 세포외 신호 분자에 대한 노출에 대응하여 세포에 의해 방출되는 세포내 신호 분자로, 첫 번째 전령자와 두 번째 전령자를 모두 포함하는 비 국부적 형태나 세포 신호는 헥타크린, 파라신, 내분비로 분류된다. 신호 범위) 두 번째 메신저는 확산, 분화, 이주, 생존, 사멸, 탈분열과 같은 세포 수준에서 생리학적 변화를 유발한다.

그것들은 세포내 신호 전달 폭포의 촉발제 중 하나이다.[1]

두 번째 메신저 분자의 예로는 주기성 AMP, 주기성 GMP, 이노시톨 트리인산염, 디아실글리세롤, 칼슘 등이 있다.[2] 첫 번째 메신저들은 세포외 요인들로, 종종 호르몬이나 신경전달물질인 에피네프린, 성장호르몬, 세로토닌 등이 있다. 펩타이드 호르몬과 신경전달물질은 전형적으로 생화학적으로 친수성분자이기 때문에, 이러한 첫 번째 메신저들은 보통 그렇게 하는 스테로이드 호르몬과는 달리, 인산염 빌레이어를 물리적으로 건너 세포 내에서 직접 변화를 일으키지 않을 수도 있다. 이 기능 제한은 세포외 신호가 세포내적으로 전파될 수 있도록 세포가 첫 번째 메신저를 두 번째 메신저로 변환하는 신호 전달 메커니즘을 갖도록 요구한다. 두 번째 메신저 신호 시스템의 중요한 특징은 두 번째 메신저를 다중 주기 키나세 계단식으로 다운스트림하여 원래의 첫 번째 메신저 신호의 강도를 크게 증폭시킬 수 있다는 것이다.[3][4] 예를 들어 RasGTP 신호는 미토겐 활성화 단백질 키나아제(MAPK) 캐스케이드와 연동하여 Myc, CREB와 같은 증식전사 인자의 고엽제 활성화가 증폭된다.

백작 윌버 서덜랜드 주니어는 1971년 노벨 생리의학상을 수상한 두 번째 메신저를 발견했다. 서덜랜드는 에피네프린이 간을 자극해 간세포에서 글리코겐을 포도당(설탕)으로 변환시키지만 에피네프린만으로는 글리코겐을 포도당으로 변환시키지 않는다고 보았다. 그는 에피네프린이 간에서 글리코겐을 포도당으로 전환시키기 위해 두 번째 메신저인 주기성 AMP를 촉발해야 한다는 것을 발견했다.[5] 이 메커니즘은 1994년 노벨상을 수상한 마틴 로드벨과 알프레드 길먼에 의해 상세하게 고안되었다.[6][7]

2차 메신저 시스템은 예를 들어, 순환 뉴클레오티드를 합성하는 사이클라이즈나 금속 이온의 유입을 허용하는 이온 채널의 개방에 의해 합성되고 활성화될 수 있다(예: Ca2+ 신호). 이 작은 분자들은 단백질 키나제, 이온 통로, 그리고 다른 단백질을 결합하고 활성화하여 신호 캐스케이드를 계속한다.

두 번째 메신저 분자의 종류

2차 메신저 분자에는 세 가지 기본 유형이 있다.

이러한 세포내 메신저들은 몇 가지 공통적인 속성을 가지고 있다.

  • 그것들은 효소나 이온 채널에 의한 특정한 반응에서 합성/방출되어 다시 분해될 수 있다.
  • 일부(Ca와2+ 같은)는 특수 오르간젤에 저장될 수 있으며 필요할 때 신속하게 방출할 수 있다.
  • 그들의 생산/해제 및 파괴는 지역화할 수 있으며, 셀이 신호 활동의 공간과 시간을 제한할 수 있다.

두 번째 메신저 시스템의 일반적인 메커니즘

제2 메신저 메커니즘의 일반 도식도

여러 가지 다른 2차 메신저 시스템(CAMP 시스템, 인포이노시톨 시스템, 아라키돈산 시스템)이 있지만, 관련된 물질과 전체적인 효과는 다를 수 있지만, 그것들은 모두 전반적인 메커니즘에서 상당히 유사하다.

대부분의 경우 리간드는 막경간 수용체 단백질 분자에 결합한다. 리간드를 수용체에 결합하면 수용체에 순응 변화가 발생한다. 이러한 순응 변화는 수용기의 활동에 영향을 미칠 수 있으며, 그 결과 능동적인 두 번째 메신저가 생성될 수 있다.

G단백질결합수용체의 경우 순응변화는 G단백질 결합부위를 노출시킨다. G단백질(GDP와 그것에 결합하는 GTP 분자의 이름을 따서 명명)은 세포의 내막에 결합되어 있으며, 알파, 베타, 감마 등 3개의 서브유닛으로 구성되어 있다. G단백질은 "트랜듀서"로 알려져 있다.

G단백질이 수용체와 결합하면 알파 서브유닛의 GDP(guanosine diphosphate) 분자를 GTP(guanosine triphosphate) 분자와 교환할 수 있게 된다. 이 교환이 이루어지면, G단백 변환기의 알파 서브유닛은 베타 및 감마 서브유닛으로부터 떨어져 나가며, 모든 부품은 막에 묶여 있다. 이제 내막을 따라 자유롭게 움직일 수 있는 알파 서브유닛은 결국 또 다른 막 결합 단백질인 "주효 이펙터"와 접촉한다.

그러면 1차 이펙터는 셀 내에서 확산될 수 있는 신호를 생성하는 동작을 한다. 이 신호를 "두 번째(또는 두 번째) 메신저"라고 부른다. 그런 다음 보조 메신저는 특정 보조 메신저 시스템에 영향을 미치는 "보조 이펙터"를 작동할 수 있다.

칼슘 이온은 두 번째 전령기의 한 종류로 근육 수축, 수정, 신경전달물질 방출을 포함한 많은 중요한 생리학적 기능을 담당한다. 이온은 일반적으로 결합되거나 세포내 구성품(예: 소포체 내 망막(ER))에 저장되며, 신호 전달 중에 방출될 수 있다. 인산염 C 효소는 디아실글글리세롤과 이노시톨 트리스인산염을 생성해 칼슘이온의 막 침투성을 높인다. 활성 G단백질은 칼슘 이온이 플라즈마 막으로 들어갈 수 있도록 칼슘 채널을 개방한다. 인산염 C의 다른 제품인 diacylglycerol은 단백질 kinase C를 활성화시켜 cAMP(다른 두 번째 메신저)의 활성화를 돕는다.

예

cAMP 시스템 인포이노시톨계 아라키돈산계통 cGMP 시스템 티로신키나아제 시스템
첫 번째 메신저:
신경전달물질
(리셉터)		 에피네프린(α2, β1, β2)
아세틸콜린(M2)		 에피네프린 (α1)
아세틸콜린(M1, M3)		 히스타민(히스타민 수용체) - -
첫 번째 메신저:
호르몬		 ACTH, ANP, CRH, CT, FSH, 글루카곤, HCG, LH, MSH, PSH, TSH AGT, GnRH, GHRH, 옥시토신, TRH - ANP, 질소산화물 INS, IGF, PDGF
신호 변환기 GPCR/Gs(β1, β2), Gi(α2, M2) GPCR/Gq 알 수 없는 G단백질 - RTK
1차 이펙터 아데닐시클라아제 인지질 C 인광산화효소 A 구아닐레이트 사이클라아제 RasGEF(Grb2-Sos)
두 번째 메신저 cAMP(순환 아데노신 단인산) IP3; DAG; Ca2+ 아라키돈산 cGMP Ras.GTP(Small G 단백질)
이차 이펙터 단백질키나제A PKC; CaM 5-Lipoxygenase, 12-Lipoxygenase, cycloxygenase 단백질키나제G MAP3K(c-Rraf)

인포이노시톨 신호 경로의 두 번째 메신저

IP3, DAG, Ca는2+ 인포이노시톨 경로의 두 번째 메신저다. 그 경로는 에피네프린, 아세틸콜린, 호르몬 AGT, GnRH, GHRH, 옥시토신, TRH와 같은 세포외 1차 메신저를 각각의 수용체에 결합하는 것으로 시작된다. 에피네프린은 α1 GTPase 단백질 결합 수용체(GPCR)에 결합하고 아세틸콜린은 M1과 M2 GPCR에 결합한다.[8]

인포이노시톨 신호 경로

이러한 수용체에 1차 메신저를 결합하면 수용기의 순응적 변화를 초래한다. α 서브유닛은 구아닌 뉴클레오티드 교환인자(GEFS)의 도움을 받아 GDP를 방출하고 GTP를 결합하여 서브유닛의 분열을 초래하고 이후 활성화된다.[9] 활성화된 α 서브유닛은 막 결합 인산염(PIP) 4,5-비스포스포산염(Phosphitol, PIP)을 가수분해하여 22차 메신저 디아실글리세롤(DAG)과 이노시톨-1,4,5-트리인산염(IP3)이 형성되는 인산염 C를 활성화시킨다.[10] IP는3 ER의 칼슘 펌프에 결합하여 또 다른 제2의 메신저인 Ca를2+ 세포질 속으로 운반한다.[11][12] Ca는2+ 결국 많은 단백질에 결합하여 효소 경로를 계단식으로 활성화한다.

참조

  1. ^ Kodis EJ, Smindak RJ, Kefauver JM, Heffner DL, Aschenbach KL, Brennan ER, Chan K, Gamage KK, Lambeth PS, Lawler JR, Sikora AK (May 2001). "First Messengers". eLS. Chichester: John Wiley & Sons Ltd. doi:10.1002/9780470015902.a0024167. ISBN 978-0470016176.
  2. ^ Pollard TD, Earnshaw WC, Lippincott-Schwartz J, Johnson G, eds. (2017-01-01). "Second Messengers". Cell Biology (3rd ed.). Elsevier Inc. pp. 443–462. doi:10.1016/B978-0-323-34126-4.00026-8. ISBN 978-0-323-34126-4.
  3. ^ 미국 국립 의학 도서관의 Second+Messenger+시스템(MesH)
  4. ^ "Second Messengers". www.biology-pages.info. Retrieved 2018-12-03.
  5. ^ Reece J, Campbell N (2002). Biology. San Francisco: Benjamin Cummings. ISBN 978-0-8053-6624-2.
  6. ^ "The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1994". NobelPrize.org. Retrieved 2018-12-03.
  7. ^ "The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1994". NobelPrize.org. Retrieved 2018-12-03.
  8. ^ Graham RM, Perez DM, Hwa J, Piascik MT (May 1996). "α1-Adrenergic receptor subtypes: molecular structure, function, and signaling". Circulation Research. 78 (5): 737–49. doi:10.1161/01.RES.78.5.737. PMID 8620593.
  9. ^ Wedegaertner PB, Wilson PT, Bourne HR (January 1995). "Lipid modifications of trimeric G proteins". The Journal of Biological Chemistry. 270 (2): 503–6. doi:10.1074/jbc.270.2.503. PMID 7822269.
  10. ^ Hughes AR, Putney JW (March 1990). "Inositol phosphate formation and its relationship to calcium signaling". Environmental Health Perspectives. 84: 141–7. doi:10.1289/ehp.9084141. PMC 1567643. PMID 2190808.
  11. ^ Yoshida Y, Imai S (June 1997). "Structure and function of inositol 1,4,5-trisphosphate receptor". Japanese Journal of Pharmacology. 74 (2): 125–37. doi:10.1254/jjp.74.125. PMID 9243320.
  12. ^ Purves D, Augustine GL, Fitzpatrick D, Katz LC, LaMantia AS, McNamara JO, Williams SM, eds. (2001). "Chapter 8: Intracellular Signal Transduction: Second Messengers". Neuroscience (2nd ed.). Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-742-4.

외부 링크