바이오인

세포 막 구성의 미스터리: 리피드 래프트(지질 뗏목)의 조성, 조절, 역할

저자 : 서대하 (DGIST 신물질과학전공, 작은 실험실)

요약문

세포 원형질막은 생화학적 성질 및 조성이 다른, 작은 크기의 구분된 영역들이 불균일하게 섞여있는 구조이다. 최근, 원형질막의 불균질성에 대해 많은 연구가 이루어지고 있고, 특히 구획된 영역들에 대한 물리-화학적 성질 및 이들의 생리학적인 역할에 대해 이해하려는 노력이 다양한 방법으로 이루어지고 있다. 일반적으로 리피드 래프트 가설(lipid raft hypothesis, i.e. 지질 뗏목 가설)을 통해 다양한 관찰을 해석하고 설명하는데, 이에 따르면, 리피드 래프트는 세포막에 존재하는 콜레스테롤과 포화 지질로 인해 구분되어 모여 정렬된 영역이며, 세포막에서의 다양한 신호전달, 단백질 분류, 막 수송 등에 중요한 역할을 한다. 본 리뷰에서는 최근 개발되고 있는 생화학적인, 생물리학적인 최신 도구 및 기술을 이용한 결과를 살펴봄으로써, 리피드 래프트의 메커니즘과 생물학적 타당성에 대해 살펴보고자 한다.

키워드: 리피드 래프트(lipid raft), 세포막 구성(membrane organization)

분야: Cell_Biology
 
  

본 자료는 The mystery of membrane organization: composition, regulation and roles of lipid rafts. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 18, 361?374 (2017).의 논문을 한글로 번역, 요약한 자료입니다.

[목차]

1. 서론
2. 리피드 래프트의 연구 방법
 ㆍ생화학적 도구
 ㆍ생물리학적 도구
 ㆍ현미경 및 분광학적 분석 도구
 ㆍ형광 탐침
 ㆍ분자동역학 시뮬레이션
3. 리피드 래프트의 구성요소
4. 도메인 조절의 메커니즘
  ㆍ지질-지질, 지질-단백질 상호작용
  ㆍ소수성 맞춤
  ㆍ외피 액틴 세포골격
5. 리피드 래프트의 생리학적 기능
  ㆍ면역 신호
  ㆍ숙주-병원체 상호작용
  ㆍ암
  ㆍ심혈관 질병
6. 결론과 전망

1. 서론

 리피드 래프트(lipid raft, 지질 뗏목으로 번역. 학계에서는 보통 원어를 그대로 사용함.)는 세포의 원형질 막을 이루고 있는 인지질 이중층(lipid bilayer)의 조성이 다른 영역을 말하는데, 그 조성의 공간적인 불균질성(heterogeneity)을 통해 신호 전달에 중요한 역할을 하고 있는, 세포막에서의 소기관으로까지 논의되고 있으며, 나아가 세포 신호를 조절하거나 때로는 질병 발생의 원인이 되기도 한다. 세포막이 계면활성제 용성(detergentlabile)과 계면활성제 불용성(detergent-resistant, 또는 세제 내성)의 비율이 존재한다는 발견 이후, Singer와 Nicolson에 의해 Fluid mosaic model(유체 모자이크 모델)이 제안되고, 그 이후 많은 세포막에서 비롯된 신호 전달 과정이 세포막의 서브마이크론 크기의 측면 이질성으로 설명되고 있다.

유체 모자이크 모델에 따르면 세포막의 구성 성분인 인지질은 분자간 상호 작용이 크지 않아 측면 확산(lateral diffusion)이 빠르고 유동성이 크다. 막 단백질(membrane protein)은 일반적으로 외부신호물질을 수용하는 수용체(receptor)이며, 시간에 대한 수용체의 위치는 통계적으로 무질서한 분산성(diffusivity)을 보이는 브라운 운동(Brownian motion)을 한다. 이 때, 신호 전달물질들이 유동성이 큰 원형질막에 제멋대로 위치한다면, 본질적 잡음(noise)에 의해 효율성이 매우 떨어진다. 따라서 세포는 수용체 단백질들을 시공간적으로(spatiotemporally) 일정한 위치에 모일 수 있도록 배열하거나, 정량적으로(quantitatively) 조절할 수 있는 신호전달 체계를 구축하고 있는데, 측면 확산이 자유롭고 빠른 인지질(phospholipid)에 비해 확산이 느린 뗏목(raft)을 통해 이를 구현한다.

래프트의 세포막 신호 전달에서의 중요성에도 불구하고, 세포막의 작은 크기의 도메인에 대해서는 여러 가지 기술적인 문제들 때문에 그 연구가 미진한데, 본 리뷰에서는 래프트를 일시적이고(transient), 상태적으로 배열된(relatively ordered) 세포막의 영역으로 정의하고, 리피드-리피드, 그리고 리피드-단백질 사이의 상호작용에 의해 형성된다는 내용을 전제로 최근의 동향에 대해 기술하고자 한다. 나아가 최근 개발된 기술로 관찰된 결과를 소개하고 그 생물학적, 생리학적 의의를 논의하고자 하다. 특히, 현재 이해하고 있는 래프트의 형성과 유지를 위한 메커니즘에 집중하며, 다양한 분야에서 해결해야 할 문제들에 대해서 기술하고자 한다 (그림 1).
 

...................(계속)

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.