프로테오글리칸

프로테오글리칸은 글리코사미노글리칸 (glycosaminoglycan)이라고 부르는 다당류 (polysaccharide)가 공유 결합에 의하여 긴 단백질에 연속적으로 붙어 있는 구조의 생화학적 고분자 화합물이다 (그림 1). 글리코사미노글리칸은 전체 프로테오글리칸 무게의 95 % 정도를 차지하기 때문에 단백질 보다는 다당류와 같은 성질을 띄게 된다. 따라서, 프로테오글리칸의 생리학적 성질은 어떠한 글리코사미노글리칸이 연결되어 있는지에 따라 결정된다. 생체 내에서 흔하게 볼 수 있는 글리코사미노글리칸은 콘드로이틴 6-황산염 (chondroitin 6-sulfate), 케라탄 황산염 (keratan sulfate), 헤파린 (heparin), 더마탄 황산염 (dermatan sulfate), 그리고 하이알루로네이트 (hyaluronate) 등이 있다. 이 들 글리코사미노글리칸의 화학적 성질로 인하여 프로테오글리칸은 생리적 상태에서 음성 (negatively charged)를 띄고 있다.

그림 1. 프로테오글리칸. 단백질에 여러 가지 글리코사미노그리칸이 붙은 상태로 존재한다. ()

목차

프로테오글리칸은 당화 (glycosylation)가 극대화 되어 있는 단백질이라고 할 수 있다. 따라서, 프로테오글리칸의 중심 단백질은 소포체 (ER)에서 합성되고 이어 골지체 (Golgi apparatus)로 옮겨 간다. 이 곳에서 다당류가 붙는 번역 후 변형 (post-translational modification)이 일어나게 되고 이어 소낭 (vesicle)에 담겨서 세포 밖으로 분비 (secretion), 세포외기질 (extracellular matrix)의 일원이 된다.

프로테오글리칸은 세포외 기질의 중요한 구성원이다. 붙어 있는 글리코사미노글리칸의 성질에 따라 그 기능이 결정되는 경향이 크다. 세포외기질을 함유한 결합 조직 (connective tissue)이 물을 머금어 압축되는 힘을 지탱할 수 있도록 하며, 신체 내 기관들의 모양을 유지하고 인장력과 탄성을 나타내는 데 매우 중요한 역할을 한다. 관절의 윤활액 (joint lubricant)의 주요 구성원이다.  또한, 세포막의 인테그린 (integrin), 신데칸 (syndecan) 등의 특정 수용체를 자극하여 세포 내 신호 전달을 일으키는 중요한 리간드로 작용한다.

연골 특이적 프로테오글리칸 중심 단백질 (cartilage-specific proteoglycan core protein, CSPCP)에 콘드로이틴 황산염과 케라틴 황산염이 솔과 같이 붙어 있다. 콜라겐 (collagen)과 함께 연골 (cartilage)를 이루는 주요 구성원이다. 연결된 글리코사미노글리칸이 음성 전하를 띄고 있기 때문에, 물의 흡수 쿠션과 같은 역할을 하여, 사람의 무릎과 같이 많은 힘을 받는 관절의 기능을 위하여 필수적이다. 뇌 발생 과정에서 신경 세포의 성장, 움직임, 상호 작용에도 영향을 미치고, 노화에 따른 신경 세포의 손실과 치매 발생에도 연관있는 것으로 알려진다.

류신이 풍부한 반복 서열을 가지고 있으며 40 kD 정도로 작은 단백질에 두 개의 시스테인이 연결된 말굽 (horseshoe) 모양으로서 최대 5 개의 케라탄 황화염이 달려있어서 콜라겐에 결합한다. 루미칸은 각막에 풍부하게 존재하며 콜라겐 섬유를 일정하게 정렬하여 각막의 굴곡과 투명함을 나타내는 데 중요한 역할을 하는 것으로 생각된다.

90~140 kDa의 프로테오글리칸이다. 중심 단백질에 콘드로이틴 황화염과 더마탄 황화염이 붙어 있다. 또 다른 프로테오글리칸이고 결합 조직 (connective tissue)을 이루는 비글리칸 (Biglycan)의 중심 단백질은 데코린 단백질의 유전자가 복제 (duplication)되어 생성된 것으로 보인다. 원섬유발생 (fibrillogenesis)에 관여한다.

최대 4개의 케라탄 황화염이 붙어 있는 42 kD의 작은 단백질이다. 콜라젠에 붙어서 세포외기질을 조직하며 원섬유발생에도 관여한다.

케라탄 황화염 프로테오글리칸이다. 각막 형성에 중요하다.

미멕칸 (mimecan)이라고도 한다. 골격 및 심장 형성에 관여한다.

기저막 특이 헤파란 황화염 프로테오글리칸 단백질(basement membrane-specific heparin sulfate proteoglycan core protein, HSPG)에 헤파란 황화염, 콘드로이틴 황화염이 붙어 있다. 5 개의 도메인이 많은 세포외기질 구성원과 붙어서 서로 연결시키는 구조이다.

글리코사미노글리칸 (glycosaminoglycan), 다당류 (polysaccharide), 콘드로이틴 6-황산염 (chondroitin 6-sulfate), 케라탄 황산염 (keratan sulfate), 헤파린 (heparin), 더마탄 황산염 (dermatan sulfate), 하이알루로네이트 (hyaluronate), 당화 (glycosylation), 번역 후 변형 (post-translational modification), 세포외기질 (extracellular matrix)