인테그린

세포와 세포외 기질을 연결시켜주는 물질 

목차

인테그린은 세포와 세포외 기질 (extracellular matrix, ECM)을 연결해주는 다리 (bridge) 역할을 한다. 세포 밖에서의 화학적 또는 기계적 변화를 세포 안으로 전달하여 세포내 신호 전달 (signal transduction) 반응이 일어나게 해 주고 그에 따라 세포 주기 (cell cycle) 또는 세포 모양 (shape), 움직임 (motility) 등이 변화하게 된다 (outside-in activation). 반대로 세포 안의 변화를 세포 밖으로 전달해주기도 한다 (inside-out activation).  

인테그린은 a 쇄, b 쇄의 두 가닥의 쇄로 구성된 이량체로서 짧은 C 말단 구조와 세포 밖의 긴 N 말단 구조를 갖는 I 형 막단백질이다. 여러 종류의 a 쇄, b 쇄가 있으며 이 a 쇄, b 쇄의 조합에 따라 24개 이상의 인테그린이 존재한다. 세포밖 부위 (extracellular domain)에는 Ca²⁺, Mg²⁺ 등의 양이온이 결합한 상태로 존재한다 (그림 1). 

그림 1. 인테그린의 구조 및 기능. α 쇄, β 쇄의 두 가닥의 쇄로 구성되어 있으며 리간드가 있을 때 outside-in 신호 전달이 일어나고 반대 방향 즉 inside-out 신호 전달도 가능하다. 세포외 기질로부터 분리되면 anoikis라는 세포 사멸이 일어날 수도 있다. (출처: 한국분자·세포생물학회)

인테그린에 대한 리간드는 피브로넥틴 (fibronectin), 비트로넥틴 (vitronectin), 콜라겐, 라미닌 등이다. Outside-in activation에서는 그러한 리간드 또는 그러한 리간드에 공통인 아미노산 서열로부터 제작된 인공적 리간드인 RGD 펩티드가 인테그린의 세포 밖 부위 (extracellular domain)에 결합하면 닫힌 상태에 있던 ab 이량체 (dimer)가 비접힘 상태로 열리게 된다 (extended state). 이에 따라 인테그린의 세포 내 부위 (intracellular domain)도 열린 상태가 된다. 그러면 열린 인테그린의 C 말단 (C terminal)에 탈린 (talin)이 결합할 수 있다. 이 결합은 인테그린 C 말단에 연결되어 있던 액틴 필라멘트의 assembly를 유도한다. 반대로 inside-out activation에서는 탈린이 인테그린의 C 말단에 붙으면 인테그린의 구조가 변하여 세포 밖 부위가 열린 상태가 되고 리간드에 대한 친화성을 높여 준다 (그림 1). 

인테그린의 기능은 세포 밖 기질을 통해 감지되는 세포 밖의 변화를 세포 안으로 전달해주는 것과 세포를 세포 밖 기질에 고정 (attachment)시켜주는 것으로 크게 나눌 수 있다. 구체적 기능으로는 세포의 이동, 면역 세포의 감시 (surveillance), 혈액 내 피브린노겐이 혈소판의 인테그린인 GPIIbIIIa에 결합하는 혈액 응고 반응 등이 있다. 세포밖 기질에 고정시켜주는 것은 다세포생물에서 가장 기본적이면서 필수적인 과정이다. 이를 통해 세포의 안정화가 보장되며 단순히 세포 밖 기질에의 고정뿐만 아니라 세포 내외 간의 신호 전달도 가능해진다. 이러한 신호 전달을 위해서는 탈린 이외에도 vinculin, paxillin, α-actinin 등의 작용이 필요하다. 이러한 것들의 작용에 의해 FAK 및 Src가 활성화되고 그 기질인 p130CAS 등이 인산화되며 CRK 등 신호 adaptor를 recruit하게 된다. 이러한 과정에 의해 리간드, 수용체의 거대 분자 복합체 (large molecular complex)가 형성되어 세포의 고정이 이루어진다. 세포의 고정 후에 인테그린 신호 전달이 이루어지면 그 결과로 세포의 증식, 분열, 분화 등이 이루어진다. 인테그린을 통하고 FAK의 작용에 의거한 세포의 고정에 이상이 생기는 경우 세포는 anoikis에 빠져 세포 사멸로 가게 된다 (그림 1) (1, 2). 

인테그린은 α 쇄, β 쇄의 종류와 그것들의 조합에 따라 많은 종류가 있으며 대표적인 것의 예를 들면 α_Lβ₂ 이면서 세포 내 접착 분자 (intercellular adhesion molecule , ICAM)의 수용체인 LFA-1, α_Mβ₂ 인 Mac-1, α_IIbβ₃ 인 피브린노겐 수용체 (fibrinogen receptor, GPIIbIIIa), α₅β₁ 인 피브로넥틴 수용체, α_Vβ₃ 인 비트로넥틴 수용체 등이 있다. LFA-1의 유전적 이상이 있는 경우는 감염에 잘 걸리는 면역 결핍 질환인 leukocyte adhesion deficiency type 1 (LAD-1)이라는 병이 생긴다. α_IIbβ₃  피브린노겐 수용체의 선천적 이상이 있는 경우 Glanzmann씨 병이라는 혈액 응고 이상 질환이 발병한다.    

세포외 기질 (extracellular matrix, ECM), 세포내 접착 분자 (intercellular adhesion molecule , ICAM), 세포내 신호 전달 (signal transduction).

1)   Alberts B et al. Molecular Biology of the Cells. 6^th edition. Garland Science 2015. p1037-1040.

2)   Boudreau NJ, Jones PL. Extracellular matrix and integrin signalling: the shape of things to come. Biochem J 1;339: 481-8, 1999