출처 : 분자세포생물학뉴스 

유비퀴틴에 의한 단백질 분해 조절 시스템

(Ubiquitin-mediated proteolysis)

방옥선 / 서울대학교 생명과학부 생화학 연구실

올해의 노벨 화학상은 단백질이 분해되는 과정을 밝혀낸 공로로 이스라엘의 A. Ciechanover, A. Hershko, 그리고 미국의 E. Rose 박사가 공동 수상을 하였다. 1980년대에 이들이 발견한 단백질 분해의 과정에 있어서 ubiquitin proteasome pathway (UPP)의 역할은 고등생물의 세포 내에서 일어나는 단백질 분해의 기작을 이해하는데 초석이 되었다 (1, 2). 세포 내 단백질들의 거의 대부분은 계속 아미노산으로 분해되는 한편, 다시 생합성되는 단백질에 의해 채워지는데, 이 과정은 매우 선택적이며 정교하게 조절된다. 동일한 세포 내에서도 단백질이 분해되는 속도 즉, 반감기 (half-life)는 매우 다양하여 극도로 안정한 단백질 (Hb는 몇 달)이 있는가 하면 정교한 통제 하에 매우 짧은 반감기를 갖는 단백질 (cyclin 들은 몇 분 이내)도 있다. 단백질의 합성 및 기능 조절은 생물학에서 오랫동안 중요한 쟁점이 되어왔으며, 지난 20년 동안의 많은 연구의 결과로 이제는 단백질 분해가 수 많은 세포 내 활성 조절 에도 중요하다는 것을 인지하게 되었다.

세포 내에서 일어나는 단백질 분해는 lysosome과 proteasome 에 의한 두 가지 경로를 통해 이루어진다. 단백질의 10-20%를 분해하는 lysosome 경로는 기질 특이성 및 정교한 시간적 조절성이 없다. 즉, endocytosis에 의해 세포 내로 함입되어 들어간 세포 표면 단백질이 lysosome에서 분해되는 것처럼 대부분 이 세포 외 또는 막 단백질을 분해하는 과정인 것이다. 그러나, 세포 단백질의 대부분 (80%)은 ubiquitin (Ub)에 의해 표지된 후 proteasome에 의해 세포질과 핵에서 분해되며, 이 과정을 ubiquitin-proteasome pathway (UPP)라 한다. 예외로, 막 단백질처럼 Ub에 의해 표지된 후에 lysosome에서 분해되는 경우도 있다.

UPP는 진핵세포 내에 존재하는 대부분의 단백질 분해를 조절함으로써, 단백질의 전환과 항상성을 담당한다. 뿐만 아니라, 세포 주기 진행, 스트레스에 대한 반응, 항원제시, 신호전달, 전사조절, DNA repair, 세포사멸, 그리고 세포 소 기관의 생합성 등 세포 내부의 조절 기능과 관련된 단백질의 분해를 선택적으로 중재함으로써 세포의 생리적 기능을 조절하는 것으로 알려지면서 이 시스템에 대한 관심이 높아졌다 (4). 이외에도, UPP에 의한 단백질 분해는 비정상적 구조를 가지는 단백질, 손상된 단백질, 또는 돌연변이로 인하여 비정상적인 구조를 가지게 되어 세포 내에 축적되면서 세포의 기능과 생존에 해를 미치는 단백질들을 빠르게 제거하는“quality-control”로 작용하여 세포 내 생리 조절에 중요한 몫을 차지하고 있다 (5). 이와 더불어, 최근에는 Ub을 매개로 하는 단백질 분해가 여러 가지 질병들, 특히 알쯔하이머 병 (Alzheimer disease)이나 파킨슨 병 (Parkinson’s disease)과 같은 신경 무력증 그리고 polyglutamine repeat의 연장으로 인해 생기는 유전성 신경 질환들 (Huntington’s disease, spinocerebellar ataxis)과 관련되는 것으로 보고되면서 (6), 단백질 분해 경로에 대한 이상이 암을 비롯한 여러 가지 형태의 질환이 생기는 원인이 될 것으로 간주되고, 따라서 이 분야에 대한 관심이 점점 확대되어 가고 있다.

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