간극연접

간극연접은 동물 세포의 여러 유형을 밀착시켜 연결하는 구조이다. 밀착하고 있는 세포와 세포 사이를 연결하는 단백질 복합체로 이루어지며 생리학적인 신호에 의해서 개폐가 조절되기 때문에 한 세포의 세포질에 생성된 500 Da 이하의 작은 분자나 Ca²⁺, cAMP와 같은 신호 물질이 이웃한 세포로 동시에 확산될 수 있다. 동시에 이완 수축을 반복하는 심장의 심근세포들은 간극연접으로 연결되어 있다.

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척추동물의 간극연접의 단위체 단백질은 코넥신 (connexin)이다. 여섯 개의 코넥신이 원통형 구조를 이룬 것이 코넥손(connecxon)이다. 코넥손은 채널 구조를 갖고 있기 때문에 한 세포의 막에 있는 코넥손이 다른 세포의 막에 잇는 코넥손과 동일선 상에서 연결되면 채널 형태의 통로를 형성한다. 무척추동물의 간극연접은 이넥신 (innexin) 계열의 단백질로 이루어진다. 이넥신과 코넥신의 아미노산 서열에서 유의성 있는 상동성이 없으나, 구조와 기능 면에서 이넥신은 코넥신과 유사하다.

코넥신의 분자량은 26 ~ 60 kDa 사이에 이르는 작은 단백질이며 여러 가지의 아형이 있다. 단백질은 네 개의 막관통 도메인, 한 개의 세포질 도메인, 그리고 두 개의 세포외 도메인을 갖고 있다. 반쪽채널은 양전하를 띄는 세포질 도메인, 음전하를 띄는 채널의 내부 표면, 그리고 세포외 도메인을 가지고 있다 (그림 1). 코넥신의 반감기는 3 시간 내외이며 이는 간극연접의 빠른 생성과 해체의 원인이 된다.

그림 1. 간극연접; a)열린 코넥신, b)닫힌 코넥신, c)코넥손, d)코넥신, e)세포막, f)세포간 공간, g)세포막 사이의 거리; 2-4 nm , h)친수성 채널 (출처: 위키피디아, http://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page)

여러 아형의 코넥신 6개가 단백질-단백질 상호작용을 통해서 동형육량체 또는 이형육량체를 형성한 것이 코넥손이다. 코넥신 단백질의 N-말단에 있는 나선형 도메인이 코넥손의 채널 벽을 따라서 배열된다. 6 개의 코넥신에서 유래한 6 개의 N-말단이 채널의 통로를 좁게 만들면서 깔대기 구조를 만든다. 이러한 깔대기 구조는 채널을 통과하는 분자의 크기를 결정하는 역할을 한다. 한 세포의 막에 형성된 코넥손 구조를 반쪽채널 (hemichannel)이로 부른다. 두 개의 코넥손이 동일선 상에 배열되어 형성되는 간극연접 수백 개가 집중적으로 분포하여 형성된 구조를 간극연접 프라크 (gap junction plaque)라고 부른다. 

조소포체에서 합성된 코넥신은 조소포체 막에서 코넥손 구조를 이미 형성하기 때문에, 단백질 분비 경로를 통해서 세포막에 삽입이 된다. 세포막에 삽입된 코넥손을 다른 세포의 막에 있는 코넥손과 연결하는 과정에 카드헤린과 같은 세포막단백질이 관여한다.

간극연접은 세포 사이에 직접적인 전기적인 신호전달을 전파하는 역할을 한다. 세포가 외부 신호에 반응하여 생성하는 신호물질 이노시톨-트리-포스페이트 (IP3)이나 Ca²⁺, cAMP 같은 2차 신호전달물질을 간극연접을 통해서 이웃해 있는 세포로 확산시켜 화학적 신호전달을 하는 한편, 500 Da보다 큰 분자의 이동을 엄격하게 통제한다. 닫혀 있는 간극연접은 이온의 통과를 허락하지 않는다. 

간극연접은 척추동물의 배아의 좌우 대칭의 형성에서부터 중앙신경계의 신호전달 과정에 이르기 까지 광범위한 생물학적 기능을 수행한다. 뉴런 전구체와 교질 세포 사이에 형성된 간극연접은 뉴런의 분화에 필수적이다. 성체의 시각 신호를 빠르고 정확하게 전달하는데 간극연접이 관여한다. 특히 광도의 세기가 간극 연접의 형성과 개폐를 조절함여 여러 조명 환경에 적응하는 시각계를 형성한다. 이 밖에도 1차 면역계를 구성하는데 간극연접이 필요하다. 예를 들어,감염된 세포가 세포예정사를 촉발하는 신호 물질을 주변의 세포로 일시에 퍼트려서 세포의 사멸을 유도함으로써 감염을 중지시키는 일을 한다. 심장을 구성하는 심근이 동시에 이완과 수축을 반복함으로써 심장의 박동을 규칙적으로 만드는 일도 간극연접이 없으면 일어날 수가 없는 일이다.

코넥손 하나로 구성된 반쪽채널은 자가분비 (autocrine)이나 측분비 (paracrine) 시스템으로 사용된다. 특히 세포골격과의 상호작용이나 세포-세포 접착 등과 같은 일을 통해서 세포의 구조를 결정하는 일도 한다.

코넥신, 코넥손, 반쪽채널, Ca²⁺, cAMP, 자가분비 시스템, 측분비 시스템

The Cell; A Molecular Approach (Cooper, 7판, Sinauer)