세포 내 신호전달 연쇄반응

세포 내 신호전달 연쇄반응(intracellular signaling cascade)은 세포 외부에서 발생한 신호를 증폭하고 이를 세포 내 표적으로 유도해 전사(transcription), 번역(translation), 단백질변형(protein modification), 효소 활성화(enzyme activation), 세포대사(cellular metabolism), 유사분열(mitosis), 세포자연사(apoptosis)를 초래합니다.

가장 기본적인 신호전달 연쇄반응은 2차 전달자(second messenger)의 활성화와 인산화효소(kinase)의 방출입니다. 인산화효소는 단백질과 효소에 인산기(phosphate group)를 추가해 활성화 또는 비활성화합니다. 인산분해효소(phosphatase; 포스파테이스)는 인산기를 제거하여 단백질의 비활성화 또는 재활성화에 기여합니다.

고리형 아데노신일인산(cyclic adenosine monophosphate, 줄여서 cAMP) 경로는 2차 전달자인 cAMP의 이름을 따서 명명되었습니다. 이 경로는 대개 리간드(ligand)가 G-단백질 결합 수용체(G-protein coupled receptor)에 결합할 때 시작됩니다. G-단백질은 수용체에서 분리해 아데닐산 고리화효소(adenylate cyclase)를 활성화해 아데노신삼인산(ATP)으로부터 cAMP를 합성하도록 유도합니다. 리간드와 수용체의 상호작용이 일어날 때 마다 cAMP 분자가 여러 개 생성되어 신호를 증폭합니다.

cAMP는 단백질인산화효소A(protein kinase A, 줄여서 PKA)를 활성화합니다. PKA는 두 개의 조절단위체(regulatory subunit)와 두 개의 활성단위체(active subunit)로 구성된 사합체(tetramer)입니다. 네 개의 cAMP 분자가 PKA 분자와 상호작용하면 두 개의 활성단위체가 방출됩니다. 이 PKA 단위체는 표적 단백질과 효소를 인산화(phosphorylation)합니다. 유전자 발현의 경우 PKA는 핵에서 전사 인자(transcription factor)인 CREB를 활성화합니다.

세포 내 신호전달 연쇄반응에서 선행하는 단계(즉 리간드와 수용체를 선행하는 단계)를 상류 이벤트(upstream event)라고 합니다. 위의 예에서 cAMP 경로 이후(예: CREB의 인산화 이후)에 일어나는 단계를 하류 이벤트라고 합니다. 각 신호전달 경로가 관여할 수 있는 상류 이벤트와 하류 이벤트가 많이 있습니다.

더욱 복잡한 신호전달 연쇄반응은 Ras-Raf-MAP 인산화효소(Ras-Raf-MAP kinase) 경로이며, 순차적으로 인산화효소가 다른 인산화효소를 활성화하는 경로입니다. 이 경로에선 성장 인자(growth factor)가 수용체에 결합하면(즉, 상류 이벤트) 이어서 작은 GTP기수분해효소(GTPase)인 Ras가 활성화합니다. Ras는 MAP kinase kinase kinase(줄여서 MAP3K)로도 알려진 Raf 인산화효소(Raf kinase)를 활성화합니다. 이어서 MAP3K는 다른 인산화효소인 MAP kinase kinase(줄여서 MAP2K. MEK라고도 부름)를 인산화를 통해 활성화합니다. 그리고 MAP2K는 MAP인산화효소(MAP kinase 줄여서 MAPK. ERK라고도 부름)를 인산화를 통해 활성화합니다. MAPK는 핵으로 이동하여 몇 가지 전사 인자를 인산화 할 수 있습니다(즉, 하류 이벤트). 그런 전사 인자 중 하나는 세포증식과 암에 관련된 myc 유전자군을 전사를 시작하는 c-myc입니다. 정리하면 Ras-Raf-MAP 인산화효소 경로는 성장 인자가 가져오는 세포 외부 신호를 증폭하기 위해 여러 인산화효소를 사용하며, 이 과정은 cAMP 경로보다 훨씬 복잡합니다.

다른 세포 내 신호전달 연쇄반응엔 각 연쇄반응의 2차 전달자의 이름을 딴 인산이노시톨(phosphoinositol; 포스포이노시톨) 체계, 아라키돈산(arachidonic acid) 체계, 고리형 구아노신일인산(cyclic guanosine monophosphate, 줄여서 cGMP) 체계가 있습니다.