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생분자성 응축물: 세포 생화학의 조직자

저자 : 이재욱 (POSTECH 생명공학연구센터)

요약문

생분자성 응축물은 진핵세포 내부에 존재하는 마이크로미터 크기의 구획으로 막은 가지고 있지 않으나 단백질과 핵산을 응축하는 기능을 수행한다. 생분자성 응축물은 RNA 대사, 리보솜 생성, DNA 손상 반응, 신호 전달 등 다양한 과정에 관여한다. 최근의 연구들은 다차원의 고분자 상호 작용으로 발생하는 액체-액체 상 분리(liquid-liquid phase separation)가 생분자성 응축물의 중요한 조직 원리임을 규명하였다. 이러한 체계를 이용하여, 생분자성 응축물의 조립, 구성, 물리적 특성, 그리고 생화학적/세포 내 기능이 어떻게 조절되는지 설명할 수 있다.

본 자료는 Biomolecular condensates: Organizers of cellular biochemistry. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 18 (5), pp. 285-298의 논문을 한글로 번역, 요약한 자료입니다.

[목차]

1. 서론
2. 상 분리된 액체 구획
3. 다차원의 상 분리
  3.1 모듈성 영역을 갖는 단백질의 상 분리
  3.2 본질적으로 무질서한 부분을 갖는 단백질의 상 분리

4. 조립의 조절
  4.1 세포 내 농도의 조절
  4.2 상 분리 문턱의 조절

5. 구성의 조절

6. 물리적 특성의 조절
  6.1 IDR 기반 상의 성숙
  6.2 에너지를 소비하는 과정에 의한 물리적 특성의 조절

7. 여러 상의 생분자성 응축물

8. 기능에 대한 영향
  8.1 생분자성 응축물이 반응 동역학에 주는 영향
  8.2 생화학 반응의 특이성 조절
  8.3 분자 포획
  8.4 분자의 세포 내 농도 완충
  8.5 상 분리의 동적 조절을 통한 기능 조절

9. 결론과 전망

1. 서론

 세포생물학에서 근본적인 질문 중 하나는 꽉 찬 세포 내 공간이 복잡한 생화학 반응을 시간/공간에 맞게 조절할 수 있게 어떻게 조직되냐는 것이다. 시공간적 조절 방법 중 하나는 반응 구성 성분의 위치를 조절하는 것인데, 구성 성분을 밀집시키면 반응이 빨라지고, 분리시키면 반응이 느려지거나 억제된다. 실제로, 생체 내 효소 반응 구성 성분은 자주 뚜렷한 세포 내 구획에 들어있다.

소포체나 골지체 같은 고전적인 세포 내 소기관은 지질 이중층 막으로 둘러싸여 있어서 안팎이 물리적으로 구분되지만, 많은 세포 내 구획은 막으로 둘러싸여 있지 않다. 막으로 둘러싸여 있지 않은 세포 내 구획으로 핵소체(nucleoli), 카잘체(Cajal bodies), 스트레스 과립(stress granule) 등이 있고, 막에 있는 신호 전달 물질의 클러스터도 비슷한 맥락에서 볼 수 있다. 이들 구조들은 모두 특정한 세포 내 공간에 단백질과 핵산을 응축할 수 있는 능력으로 정의된다. 이들 구조들은 내부 구성 성분과 주변 환경을 분리할 수 있는 물리적 장벽이 없기에, 이들이 어떻게 분자들을 응축하고, 구조를 유지/조절하고, 구성 성분을 조절하며 내부 생화학적 기능을 조절하는지 의문에 싸여있었다.

이 리뷰에서는 고분자 화학과 연성 물질 물리학의 이론에 기반하여 막 없는 세포 내 구획의 새로운 물리적 모델 제시로 이어진 세포생물학/생화학적 발견에 대해 논할 것이다. 여기서는 이 모델이 어떻게 막 없는 세포 내 구획의 조립, 구성 성분, 물리적 특성과 기능에 대해 설명할 수 있는지 논할 것이다(그림 1). 마지막으로 생물학의 이 흥미진진한 분야에서의 중요한 의문점들을 제시할 것이다.

...................(계속)

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