키네신

키네신은 진핵생물에 존재하는 모터단백질로 ATP를 에너지원으로 이용하여 미소관(microtubule)을 따라 이동하며, 다양한 세포 내 물질을 키네신의 한쪽 끝에 부착하여 미소관을 따라 이동시킨다.

목차

키네신은 ATP를 분해하면서 생성되는 에너지를 이용하여 미소관(microtubule)을 따라 움직이는데, 세포 내 세포분열, 물질의 이동등을 담당한다. 대부분의 키네신은 미소관의 양성끝(postive end)쪽으로 이동을하여 세포중심에 있는 물질을 세포막주변으로 이동시킨다. 이러한 현상을 anterograde 운반이라고 불린다. 반대로, 다이닌(dynein)의 경우에는 미소관 음성끝(negative end)으로 움직여 세포막주변에서 세포중심으로 물질을 이동시킨다. 키네신의 한 종류인 키네신-1 이 처음으로 분리 되었는데, 2개의 모터서브유닛(무거운 서브유닛, heavy chain)인 KHC와 2개의 가벼운 서브유닛(hight chain)인 KLC로 이루어져 있다. 또 다른 키네신인 키네신-2는 서로 다른 2개의 KHC와 KAP 으로 이루어져 있다. 지금까지 알려진 키네신 종류는 40개가 넘으며 14개의 계열로 분리된다.

그림 1. 키네식의 작용기작 (그림 출처: 위키피디아)

키네신은 2개의 KHC 모터단백질과, 2개의 KLC으로 이루어져 있는데, KHL은 아미노말단에 모터 도메인인 둥근 머리부분(globular head)와 코일드코일(coiled-coil) 로 이루어져 있는 줄기 (Stalk)로 이루어져있고, 줄기의 끝은 꼬리도메인을 가지고 있어 KLC과 결합한다. 2개의 KHC 줄기는 서로 코일드 코일로 꼬여 있어 KHC를 이량체로 만든다. 대부분의 경우 세포 내 운반체가 KLC에 있는 TPR 부위에 결합하지만, 어떤경우에는 KHC의 카르복실 말단에 결합하기도 한다.

키네신의 모터도메인은 헤드 부분에 존제하는데 키네신 간에 그 단백질 서열이 매주 잘 보존되어 있다. 각 헤드에는 2개의 별개의 결합부위가 있다. 하나는 ATP와 결합하는 부위이고, 다른 하나는 미소관과 결합하는 부위이다. ATP 결합, ATP--> ADP+Pi 분해, ADP 해리등이 미소관 결합 도메인과 헤드에 연결되어 있는 링커 부분의 구조를 변화시켜 키네신이 작용하게 한다. 키네신은 구조적으로 G 단백질 (G protein)와 비슷한데, G단백질도 GTP를 분해하여 작용한다.

그림 2. 키네신 ATPase 결합 헤드 (그림 출처: 위키피디아)

당, 기체와 같은 작은 물질은 세포안에서 확산에 의해 이동되는데, 큰 물질의 경우에는 모터단백질이 운반한다. 키네신은 ATP를 에너지로 쓰면서 미소관 위를 한방향으로 걷듯이 움직이면서 물질을 운반한다. HIV등의 바이러스도 키네신 모터를 이용하여 바이러스 분자를 이동시킨다.

모터 단백질은 미소관 위에서 특정방향으로만 이동한다. 미소관 자체도 방향성을 가지고 있어 이러한 방향성이 모터 단백질의 이동방향을 결정하는 것으로 알려졌다. 키네신 모터는 미소관의 양방향으로 물질은 운반한다고 알려져 있는데, 최근 효모에서 발견된 키네신 Cin8의 경우는 음방향으로도 물질을 운반할 수 있는 것으로 알려졌다. 다이닌 (dynein) 모터의 경우 미소관의 음방향으로 움직인다. 따라서, 신경세포의 경우 신경세포말단에서 세포중심으로 물질을 이동시킬 때 작용한다.

키네신은 미소관을 따라 걷는 모양으로 움직이는데 2가지 기작이 제안되었다.

- 'hand-over-hand' 기작: 키네신의 헤드 부분이 한번씩 앞으로 나가면서 움직이는 기작

-'inchworm' 기작: 하나의 키네신 헤드가 항상 먼저 이끌고 나머지 두번째 헤드가 따로오면서 움직이는 기작

최근 미소관기반 분자 모터가 세포분열에 작용한다고 보고 되었다. 키네신의 경우 세포의 분열사 (spindle)의 길이 조절에 작용을 하고 분열사안에서 미소관이 움직이는데 작용하는 것으로 알려졌다. 특히 키네신 5 계열과 키네신 13계열 단백질은 세포분열시 미소관 안에서 안정성을 조절한다.