What are Second Messengers?

많은 수용체 결합 리간드(ligand)는 친수성(hydrophilic)이기 때문에 세포막을 통과하지 못하므로 신호를 세포 내부의 2차 전달자(second messenger)에게 전달해야 합니다. 여러 개의 2차 전달자 경로가 있는데, 각 경로마다 고유한 정보 전달 방식이 있습니다. G-단백질 결합 수용체(G-protein coupled receptor)는 인산이노시톨(phosphoinositol; 포스포이노시톨)과 고리형 아데노신일인산(cyclic adenosine monophosphate, 줄여서 cAMP) 2차 전달자 경로를 모두 활성화할 수 있습니다. 인산이노시톨 경로는 수용체가 포스포라이페이스 C(phospholipase C; 포스포리파아제 C; 인지질분해효소 C)를 유도해서 인지질(phospholipid)인 포스파티딜이노시톨이인산(phosphatidylinositol biphosphate, 줄여서 PIP₂)을 두 개의 2차 전달자(다이아실글리세롤(diacylglycerol, 줄여서 DAG)과 이노시톨삼인산(inositol triphosphate, 줄여서 IP₃))로 가수분해(hydrolysis)했을 때 활성화합니다. DAG는 세포막 근처에 머물며 단백질인산화효소C (protein kinase C, 줄여서 PKC)를 활성화합니다. IP₃은 소포체(endoplasmic reticulum, 줄여서 ER)로 이동하여 소포체 막의 칼슘 이온 채널(calcium ion channel)을 여는 리간드가 되어 칼슘을 세포질(cytoplasm)로 방출합니다.

cAMP 경로는 활성화한 수용체가 아데닐산 고리화효소(adenylate cyclase)를 유도해 근처의 아데노신삼인산(ATP) 분자에서 cAMP를 여러개 생성합니다. cAMP는 단백질인산화효소A(protein kinase A, 줄여서 PKA)를 자극해 칼슘 이온 채널을 열고, cAMP에 의해 활성화한 교환 단백질(exchange protein activated by cAMP, 줄여서 Epac)을 활성화합니다.

cAMP와 비슷한 물질에 고리형 구아노신일인산(cyclic guanosine monophosphate, 줄여서 cGMP)이 있습니다. cGMP는 활성화한 구아닐산 고리화효소(guanylate cyclase)에 의해 구아노신삼인산(GTP) 분자에서 합성됩니다. cGMP는 2차 전달자로서 단백질인산화효소G(protein kinaseG, 줄여서 PKG)를 유도합니다. PKG는 PKA와 여러 중복된 기능을 하지만, PKG의 발현은 혈관 조직, 폐, 뇌로 한정되어 있습니다.

포스파티딜이노시톨삼인산(phosphatidylinositol triphosphate, 줄여서 PIP₃)은 PIP₂의 인산화(phosphorylation)에서 파생된 2차 전달자입니다. 이 현상은 성장 인자(growth factor)가 수용체타이로신인산화효소(receptor tyrosine kinase, 줄여서 RTK) 수용체에 결합할 때 나타납니다. PIP₃은 Akt라고도 알려진 단백질인산화효소B(protein kinase B)를 막에 동원합니다. 이 인산화효소는 세포 생존 경로(cell survival pathway; 세포증식(proliferation), 세포자연사(apoptosis), 세포이동(migration)을 포함)를 조절하는 데 밀접하게 관여합니다.