피브로넥틴

피브로넥틴은 고분자 당단백질이며 세포외기질의 구성요소인 프로테오글리칸, 콜라겐, 인테그린과 각각 결합하는 세 개의 도메인을 가지고 있다. 피프로넥틴 단위체 두 개가 공유결합을 통해서 형성된 이량체가 세포외기질을 형성하는데 관여한다. 척추동물에는 두 종류의 피브로넥틴이 있다. 하나는 불용성 피브로넥틴은 세포질에서 합성되어 가용성 피브로넥틴 이량체의 형태로 세포 밖으로 분비된 후에 세포외기질을 형성한다. 다른 하나는 수용성 피브로넥틴으로서 혈장의 주요 단백질 성분을 구성한다 .

목차

피브로넥틴 단위체의 분자량은 230-250 kDa이며 역평행하는 β-병풍구조로 구성된 여러 개의 모듈을 갖고 있다. 피브로넥틴의 C-말단에 있는 이황화 결합 도메인은 이황화 결합을 통해서 피브로넥틴 동형이량체를 만든다. 피브로넥틴의 3차 단백질 구조는 아래와 같이 구분되는 세 가지 유형의 모듈로 이루어진다(그림 1) .

그림 1. 피브로넥틴을 구성하는 도메인의 종류에 따라 세 가지 유형으로 구분한다. 주요 도메인에는 피브로넥틴, 피브린, 콜라겐, 헤파린, 신데칸 등이 있다. (출처: 한국분자·세포생물학회)

40 여개의 아미노산으로 구성된 유형 I 모듈은 잘 보존되어 있는 네 개의 시스테인을 가지고 있다. 유형 I 모듈은 역평행으로 배열된 두 개의 β-병풍구조가 다른 하나의 β-병풍구조와 이황화 결합으로 연결되어 있는 구조로서 ‘피브린-결합 부위’를 형성 한다.

피브로넥틴 유형 II 모듈은 60 개의 아미노산으로 구성되며 이중에 네 개의 시스테인은 이황화결합을 형성하는데 관여하여 단백질 3차 구조를 결정한다. 피브로넥틴 단백질에 존재하는 두 개의 유형 II 모듈은 ‘콜라겐-결합 부위’의 역할을 한다. 

피브로넥틴 유형 III 모듈은 동물세포의 피브로넥틴에서 광범위하게 존재하며 진화 과정에서 매우 잘 보존되어 있다. 유형 III 모듈은 100 여개의 아미노산으로 구성되며 β-샌드위치 (β-병풍구조로 이루어진 두 개의 모듈이 샌드위치처럼 위와 아래를 차지하는 구조임)를 가지고 있다. 

위에서 설명한 피브로넥틴 세 가지 모듈은 피브로넥틴 아형에 따라 독특한 3차 구조를 형성함으로써 피브로넥틴 아형에 따른 독특한 기능을 수행한다. 따라서 피브로넥틴의 생물학적 기능을 다른 단백질과 결합하는 도메인으로 구분하여 설명하고자 한다. 피브로넥틴이 결합하는 단백질의 종류은 피브로넥틴 유형에 따라 다르다. 막단백질 인테그린 결합 도메인과 콜라겐 결합 도메인을 가지는 피브로넥틴은 이들 단백질과 결합하여 세포외피질을 구성한다 (그림 2).

그림 2. 막단백질 인테그린 결합 도메인과 콜라겐 결합 도메인을 가지는 피브로넥틴은 이들 단백질과 결합하여 세포외피질을 구성한다. (출처: 한국분자·세포생물학회)

피브로넥틴 단백질은 다른 피브로넥틴과 결합할 수 있는 도메인을 갖고 있으며, 이를 ‘조립 도메인’이라 부른다. 하나의 피브로넥틴 단백질은 네 개의 피브로넥틴-결합 도메인을 가지고 있어서 다른 피브로넥틴과 다면적으로 상호작용을 할 수 있다. 여러 개의 피브로넥틴은 피브로넥틴-결합 도메인을 통해서 다면적으로 결합하여 ‘피브로넥틴 매트릭스’로 조립된다. 피브로넥틴 매트릭스는 세포에서 분비되는 피브로넥틴 이량체로 시작된다. 피브로넥틴 이량체는 세포막 단백질 인테그린과 결합하여 인테그린의 집적화를 유도하는 한편, 피브로넥틴-결합 도메인을 통하여 다른 피브로넥틴과 결합함으로써 피브로넥틴 매트릭스를 조립한다. 피브로넥틴 매트릭스의 면적이 넓어지면서 수용성 피브로넥틴은 불용성 피브로넥틴으로 전환된다.

피브로넥틴 유형 III 모듈은 ‘세포-결합 도메인’을 형성한다. 유형 III 모듈에서 세 개의 특정한 아미노산 RGD(Arg–Gly–Asp)으로 구성된 부위로서 세포막 단백질 인테그린의 세포외 도메인과 결합한다. 이러한 이유로 ‘인테그린-결합 도메인’으로 불리기도 한다. 유형 III 모듈의 9번 구간은 피브로넥틴과 인테그린의 결합을 촉진시키는 ‘시너지 도메인’을 가지고 있다.

콜라겐-결합 도메인은 유형 I 모듈의 6-9 번 구간에 있다. 콜라겐은 세포외기질을 형성하는 주요 단백질의 하나로서 특히 여러 가지 결합조직을 형성한다. 피브로넥틴은 콜라겐-결합 도메인을 통하여 콜라겐 단백질과 연계됨으로서 세포외기질을 구성하며 이에 따른 생물학적 기능을 수행한다.

피브로넥틴은 유형 I 모듈의 1-5 구간에 피브린-결합 도메인을, 유형 III 모듈의 13-14 구간에 피뷸린-결합 도메인을 가지고 있다. 피브린은 혈액의 응고에 관여하는 반면 피뷸린은 혈구와 세포외기질에서 분포하기 때문에 피브로넥틴의 기능은 이들의 생물학적 기능과 연관된다.

이들 두 가지 도메인은 유형 III 모듈 12-14 구간에 있다. 헤파린은 세포외기질을 형성하는 프로테오글리칸을 구성하며 신데칸은 G-단백질 연계 수용체이다. 피브로넥틴은 이들과 결합하여 세포외기질의 형성 및 신호전달기전을 조절한다.

피브로넥틴은 위에서 설명한 여러 결합-도메인을 사용하여 세포외기질의 형성과 신호전달에 관여함으로서 세포의 접착, 성장, 이동, 분화, 및 신호전달과 같이 중요한 생물학적 현상에서 핵심적인 기능을 한다. 

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필수세포생물학 (Alberts, 5판, 교보문고), Lewin's CELLS (Cassimeris, 3판, Jones and Bartlett), The Cell; A Molecular Approach (Cooper, 7판, Sinauer),