유비퀴틴에 의한 단백질 분해 조절 시스템

서 론
올해의 노벨 화학상은 단백질이 분해되는 과정을 밝혀낸 공
로로 이스라엘의 A. Ciechanover, A. Hershko, 그리고 미국의
E. Rose 박사가 공동 수상을 하였다. 1980년대에 이들이 발견
한 단백질 분해의 과정에 있어서 ubiquitin proteasome pathway
(UPP)의 역할은 고등생물의 세포 내에서 일어나는 단백
질 분해의 기작을 이해하는데 초석이 되었다 (1, 2).
세포 내 단백질들의 거의 대부분은 계속 아미노산으로 분해
되는 한편, 다시 생합성되는 단백질에 의해 채워지는데, 이 과
정은 매우 선택적이며 정교하게 조절된다. 동일한 세포 내에서
도 단백질이 분해되는 속도 즉, 반감기 (half-life)는 매우 다양
하여 극도로 안정한 단백질 (Hb는 몇 달)이 있는가 하면 정교
한 통제 하에 매우 짧은 반감기를 갖는 단백질 (cyclin 들은 몇
분 이내)도 있다. 단백질의 합성 및 기능 조절은 생물학에서 오
랫동안 중요한 쟁점이 되어왔으며, 지난 20년 동안의 많은 연
구의 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 조
절성이 없다. 즉, endocytosis에 의해 세포 내로 함입되어 들어
간 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 단
백질처럼 Ub에 의해 표지된 후에 lysosome에서 분해되는 경우
도 있다