언커플링단백질

Uncoupling protein
미토콘드리아 언커플링 단백질 2

분리되지 않은 단백질(UCP)은 조절된 양성자 채널 또는 트랜스포터인 미토콘드리아 내막 단백질이다. 따라서 분리되지 않은 단백질은 미토콘드리아 매트릭스에서 미토콘드리아 간 공간에 양자를 NADH로 펌핑하여 발생하는 양성자 구배를 소멸시킬 수 있다. UCP를 통해 양성자 구배를 소멸시키는 과정에서 손실된 에너지는 생화학적 작업을 하는데 사용되지 않는다. 대신 열이 발생한다. 이것이 UCP와 열생식을 연결하는 것이다. 그러나 모든 종류의 UCP가 열 발생과 관련이 있는 것은 아니다. UCP2와 UCP3는 UCP1과 밀접하게 관련되어 있지만 UCP2와 UCP3는 척추동물의 체온조절 능력에 영향을 미치지 않는다.[1] UCP는 양성자 채널이기도 한 ATP 싱타아제와 같은 막에 위치한다. 따라서 두 단백질은 산화 인산염의 마지막 단계인 ADP와 무기인산염으로부터 열을 발생시키는 다른 단백질과 병렬로 작용한다.[2] 미토콘드리아 호흡은 ATP 합성(ADP 인산화)과 결합되지만 UCP에 의해 조절된다.[3] UCP는 미토콘드리아 운송회사(SLC25) 계열에 속한다.

이 에너지가 ATP를 생성하는 대신 열을 발생시키는 데 사용되기 때문에(열생성 참조) 단백질을 분리하는 것은 냉간 노출이나 동면 때처럼 정상적인 생리학에서 역할을 한다. 어떤 식물 종들은 특별한 목적을 위해 단백질을 분리함으로써 발생하는 열을 이용한다. 예를 들어, 동양의 스컹크 배추는 스파이크의 온도를 환경보다 20 °C만큼 높게 유지하여 냄새를 퍼뜨리고 꽃에 비료를 주는 곤충을 유인한다.[4] 그러나 2,4-디니트로페놀과 카보닐 시안화 m-클로로페닐 히드라존과 같은 다른 물질도 같은 비커플링 기능을 한다. 살리실산도 무커플링제(공장에서는 주로)로, ATP 생산을 줄이고, 과도하게 섭취할 경우 체온을 높인다.[5] 갑상선 호르몬, 노르에피네프린, 에피네프린, 렙틴에 의해 분리 단백질은 증가한다.[6]

역사

과학자들은 갈색 지방 조직에서 열 발생적인 활동을 관찰했고, 결국 처음에는 "Uncoupling 단백질"[3]로 알려진 UCP1을 발견하게 되었다. 갈색 조직은 미토콘드리아 호흡의 높아진 수치와 또 다른 호흡이 ATP 합성과는 결합되지 않은 것을 드러냈는데, 이것은 강한 열 발생 활동을 상징한다.[3] UCP1은 ADP 인산화(일반적으로 ATP Synthase를 통해 수행됨)에 결합되지 않은 양성자 경로를 활성화하는 데 책임이 있는 것으로 발견된 단백질이다.[3]

포유류에서는

포유류에는 5개의 UCP 호몰로고가 알려져 있다. 이들 각각이 고유한 기능을 수행하는 동안, 특정 기능은 여러 호몰로그램에 의해 수행된다. 호몰로그는 다음과 같다.

체온 유지

처음으로 발견된 분리되지 않은 단백질인 UCP1은 동면기와 작은 설치류의 갈색 지방 조직에서 발견되었는데, 이 조직들은 이 동물들에게 떨리지 않는 열을 제공한다.[3] 이러한 갈색 지방조직은 작은 설치류의 체온을 유지하는 데 필수적이며 (UCP1) 녹아웃 생쥐를 대상으로 한 연구는 이러한 조직이 분리되지 않은 단백질을 기능하지 않고는 제대로 기능하지 못한다는 것을 보여준다.[3] 사실, 이러한 연구들은 이러한 녹아웃 생쥐들에게는 냉수축소가 불가능하다는 것을 밝혀내었고, 이는 UCP1이 이러한 갈색 지방조직의 열생산의 필수적인 원동력임을 보여준다.[7][8]

몸 안의 다른 곳에서는 단백질 활동이 미세한 환경의 온도에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.[9][10] 이것은 세포 내에서 분리가 유발되는 온도 구배의 진정한 결과를 결정하기 위해 여전히 작업이 필요하지만, 이러한 지역에서 다른 단백질의 활동에 영향을 미치는 것으로 생각된다.[9]

ATP 농도에서의 역할

ATP 농도에 대한 UCP2와 UCP3의 영향은 세포 유형에 따라 다르다.[9] 예를 들어 췌장 베타 세포는 UCP2의 활성도가 증가함에 따라 ATP 농도가 감소한다.[9] 이것은 세포 퇴화, 인슐린 분비 감소, 제2형 당뇨병과 관련이 있다.[9][11] 반대로 해마세포의 UCP2와 근육세포의 UCP3는 미토콘드리아의 생성을 자극한다.[9][12] 미토콘드리아의 수가 많을수록 ADP와 ATP의 결합농도가 증가하는데, 실제로 이 결합되지 않은 단백질이 결합될 때(즉, 양성자 누출을 허용하는 메커니즘이 억제됨) ATP 농도의 순 증가를 초래한다.[9][12]

활성 산소종의 농도 유지

UCP2와 UCP3의 전체 기능 목록은 알려져 있지 않다.[13] 그러나, 연구는 이러한 단백질들이 반응성 산소종(ROS)의 농도를 제한하는 음성 피드백 루프에 관여하고 있다는 것을 보여준다.[14] 현재의 과학적인 합의는 UCP2와 UCP3가 활성화 종들이 존재할 때만 양성자 수송을 수행한다고 말하고 있다.[15] 이러한 활성제 중에는 지방산, ROS, 그리고 또한 반응하는 특정 ROS 부산물이 있다.[14][15] 따라서 높은 수준의 ROS는 직간접적으로 UCP2와 UCP3의 활성도를 증가시킨다.[14] 이는 차례로 미토콘드리아에서 양성자 누출을 증가시켜 미토콘드리아 막을 가로지르는 양성자 기력을 낮춰 전자전달 체인을 활성화시킨다.[13][14][15] 이 과정을 통해 양성자 동력을 제한하면 ROS 생산을 제한하는 음성 피드백 루프가 발생한다.[14] 특히 UCP2는 미토콘드리아의 투과전위를 감소시켜 ROS의 생산을 감소시킨다. 따라서 암세포는 미토콘드리아에서 UCP2의 생산을 증가시킬 수 있다.[16] 이 이론은 UCP2와 UCP3 녹아웃 마우스 모두에서 ROS 생산량이 증가했음을 보여주는 독립적인 연구에 의해 뒷받침된다.[15]

이 과정은 인간 건강에 중요한데, 이는 ROS의 고농축이 퇴행성 질환의 발달에 관여한다고 여겨지기 때문이다.[15]

뉴런의 기능

이 도표는 전자 전송 체인에 관한 UCP1의 위치를 보여준다.

관련 mRNA를 검출함으로써 UCP2, UCP4, UCP5가 인간 중추신경계 전반에 걸쳐 뉴런에 상주하는 것으로 나타났다.[17] 이 단백질들은 신경 기능에서 중요한 역할을 한다.[9] 많은 연구 결과들이 여전히 논란이 되고 있지만, 몇몇 연구 결과는 널리 받아들여지고 있다.[9]

예를 들어, UCP는 뉴런의 칼슘 농도를 변화시킨다.[9] 미토콘드리아는 뉴런에 칼슘이 저장되는 주요 현장으로, 미토콘드리아 막 전체에 걸쳐 잠재적으로 저장 용량이 증가한다.[9][18] 따라서, 분리되지 않은 단백질이 이 세포막을 가로질러 전위를 감소시키면, 칼슘 이온은 뉴런의 주변 환경으로 방출된다.[9] 액손 단자 근처에 미토콘드리아가 고농도이기 때문에 UCP가 이 지역의 칼슘 농도를 조절하는 역할을 하고 있음을 시사한다.[9] 칼슘 이온이 신경전달에 큰 역할을 하는 점을 감안하면 이들 UCP가 신경전달에 직접적인 영향을 미친다는 게 과학자들의 전망이다.[9]

위에서 논의한 바와 같이 해마의 뉴런은 이러한 분리되지 않은 단백질의 존재에서 ATP의 농도가 증가함을 경험한다.[9][12] 이것은 과학자들이 UCP가 시냅스 가소성과 전송을 개선한다는 가설을 세우게 한다.[9]


참고 항목

참조

  1. ^ Gaudry MJ, Jastroch M (March 2019). "Molecular evolution of uncoupling proteins and implications for brain function". Neuroscience Letters. 696: 140–145. doi:10.1016/j.neulet.2018.12.027. PMID 30582970.
  2. ^ Nedergaard J, Ricquier D, Kozak LP (October 2005). "Uncoupling proteins: current status and therapeutic prospects". EMBO Reports. 6 (10): 917–21. doi:10.1038/sj.embor.7400532. PMC 1369193. PMID 16179945.
  3. ^ a b c d e f Rousset S, Alves-Guerra MC, Mozo J, Miroux B, Cassard-Doulcier AM, Bouillaud F, Ricquier D (February 2004). "The biology of mitochondrial uncoupling proteins". Diabetes. 53 (suppl 1): S130-5. doi:10.2337/diabetes.53.2007.S130. PMID 14749278.
  4. ^ Garrett RH, Grisham CM (2013). Biochemistry (Fifth Edition, International ed.). China: Mary Finch. p. 668. ISBN 978-1-133-10879-5.
  5. ^ "California Poison Control System: Salicylates". Archived from the original on 2014-08-02.
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  7. ^ Hagen T, Vidal-Puig A (February 2002). "Mitochondrial uncoupling proteins in human physiology and disease". Minerva Medica. 93 (1): 41–57. PMID 11850613.
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