구아닌 뉴클레오티드 교환인자

모두가 만들어 가는 위키 시보드위키
최근 수정 :

구아닌 뉴클레오티드 교환인자

[ Guanine nucleotide exchange factor ]

약어 GEF

단백질의 번역과정에는 에너지가 필요한데 일반적인 에너지원인 ATP 보다 GTP를 많이 이용한다. 이때 GTP와 결합하여 에너지를 이용하는 세포 내의 단백질을 G 단백질(G protein)이라 한다. G 단백질은 또한 GTP 가수분해효소(GTPase)의 역할을 가지고 있다. GTP 가수분해효소는 세포 내 신호 전달 경로에서 분자 스위치 역할을 한다. G 단백질은 GDP나 GTP의 결합상태에 따라 활성도가 달라진다. 구아닌 뉴클레오티드 교환인자(Guanine nucleotide exchange factor, GEF)는 G 단백질에 GTP가 결합하는 것을 돕기 위하여 GDP의 방출을 돕는 단백질이다. GEF는 구아닌 뉴클레오티드 교환단백질(Guanine nucleotide exchange protein)이라고도 한다. 

목차

  1. 1.G 단백질의 특징
  2. 2.GEF의 기능
    1. 2.1.단백질 번역의 개시단계
    2. 2.2.단백질 번역의 신장단계
    3. 2.3.단백질 번역의 종결단계
  3. 3.GEF의 활용
  4. 4.관련용어
  5. 5.참고문헌

G 단백질의 특징

  1. G 단백질은 GDP 또는 GTP와 결합한다. G 단백질의 G는 구아닌(Guanine)에서 유래한 것이다.
  2. G 단백질은 GDP 또는 GTP의 결합여부에 따라 활성도도 다르고, 세 가지 구조를 가진다(그림1).
  3. G 단백질에 GTP가 결합하면 활성화된다.
  4. G 단백질은 GTP 가수분해효소 (GTPase)의 기능을 가지고 있다.
  5. G 단백질의 GTP 가수분해효소 기능은 GTP 가수분해효소 활성단백질(GTPase activator protein, GAP)에 의하여 활성화된다.
  6. G 단백질이 활성화되면 결합되어 있는 GTP를 GDP로 가수분해하고, 자신은 불활성화된다.
  7. GEF는 불활성화된 G 단백질에서 GDP를 분리하고 GTP가 결합하도록 도와 G 단백질을 활성화시킨다.

그림 1. GDP와 GTP 결합상태에 따른 G 단백질의 세 가지 구조. (출처: 한국분자·세포생물학회)

GEF의 기능

  1. GEF는 위에서 설명하였듯이 G 단백질에 GDP가 결합하여 불활성화되었을 때 G 단백질에서 GDP를 분리하고 GTP가 결합하도록 작용하여 G 단백질을 활성화시킨다. G 단백질이 활성화되면 GTPase의 기능이 활성화된다. GTPase의 기능을 가지고 있는 G 단백질은 세포 내 신호 전달 경로에서 분자 스위치 역할을 한다. 가장 잘 알려진 GTPase는 Ras 슈퍼패밀리로 세포 분화 및 증식, 세포 골격 형성, 소포체 운반 및 핵 수송과 같은 필수적인 세포 과정에 관여한다. 
  2. G 단백질은 단백질 번역과정의 여러 단계에서 관여하는 데 번역 개시인자인 IF2, 신장인자 EF-Tu, EF-G, 종결인자 RF3가 모두 G 단백질로 번역과정의 여러 단계에서 GTP를 에너지원으로 사용하는 것을 알 수 있다. 
단백질 번역의 개시단계
  1. 개시인자 IF1, IF3는 GTP가 결합된 IF2와 함께 30S 리보솜 소단위체와 결합한다.
  2. 30S 리보솜 소단위체에 mRNA와 fMet-tRNAfMet이 결합하여 30S 개시복합체를 형성한다. 이때 IF2는 fMet-tRNAfMet의 결합을 중개한다.
  3. 50S 리보솜 소단위체가 결합할 때 IF1과 IF3가 분리된다.
  4. GTP가 가수분해되며 IF2가 복합체에서 분리된다.
단백질 번역의 신장단계
  1. 리보솜에는 아미노아실-tRNA가 결합할 수 있는 부위가 최소한 2 개가 있는데 P 부위와 A 부위이다. 단백질 신장이 일어나기 위해서는 2 개의 아미노산이 결합해야 한다. 첫 번째 아미노산은 몇 개의 아미노산이 펩티드 결합에 의하여 연결된 상태인 펩티딜-tRNA로 P 부위에 놓여 있다. 두 번째 아미노산은 tRNA에 결합된 아미노아실-tRNA의 형태로 아미노아실-tRNA의 종류는 mRNA에 있는 두 번째 코돈에 의하여 결정된다. 두 번째 코돈은 A 부위에 있고, 이 자리는 비어있는데 두 번째 아미노아실-tRNA가 이 부위에 결합한다. 이때 신장인자 EF-Tu와 GTP가 필요하다.
  2. 단백질의 번역과정에서 전좌(translocation)는 3 개의 뉴클레오티드가 정확하게 리보솜을 통해 이동하는 것이다. 전좌는 A 부위에 펩티딜-tRNA를 붙이고 있는 mRNA가 한 코돈의 길이만큼 이동하는 과정이다. 이 때 신장인자 EF-G와 GTP가 필요하다. EF-G의 G는 GTP가 결합하는 G 단백질을 의미한다. 
단백질 번역의 종결단계

단백질 번역과정에서 종결코돈(UAG, UAA, UGA)은 tRNA가 인식하지 못하고, 3 종류의 종결인자 RF1, RF2, RF3가 인식하여 단백질 합성을 종료한다. 이중에서 RF3는 리보솜 의존적인 GTP 가수분해효소로 GTP와 결합한 후 리보솜과 결합하고 구조적 변화를 유도하여, 이미 리보솜에 결합한 RF1이나 RF2의 분리를 촉진한다. 

GEF의 활용

GEF는 세포 증식과 같은 여러 신호 전달 경로에서 역할하기 때문에 암 치료의 잠재적 표적이다. GEF는 GTPase의 활성화를 통해 이러한 경로를 조절하는 역할을 할 수 있으므로 항암제로 이용될 수 있다. 

관련용어

GTP 가수분해효소(GTPase), G 단백질(G protein), 구아닌 뉴클레오티드 교환단백질(Guanine nucleotide exchange protein), 전좌(translocation)

참고문헌

분자생물학 (Weavere 저, 5판, 라이프사이언스)