코넥신

코넥신(connexin)은 틈새이음(gap junction)의 구성 성분이 되는 단백질로 막을 4번 관통하는 테트라스패닌(tetraspanin) 단백질의 일종이다. 코넥신 단백질 6개가 모여서 채널을 만들면 코넥손(connexon)이라 하고, 두 개의 코넥손이 결합하여 틈새이음을 형성한다. 

목차

틈새이음(gap junction)은 세포의 원형질막에 존재하는 특별한 구조로 이온이나 작은 분자들이 두 세포 사이를 직접 이동할 수 있는 채널(channel)로서 기능을 한다. 특히 심장세포에는 심근의 수축에서 심근 세포간의 전기적 신호의 이동을 도와서 전기시냅스(electrical synapse)를 형성한다.

코넥신(connexin)은 틈새이음을 구성하는 단백질이다. 틈새이음은 헤미채널(hemichannel) 혹은 코넥손(connexon)이라 하는 구조체 두 개가 연결되어 있는 형태이다. 코넥손은 인접한 세포의 막에 각각 위치하고 두 개의 코넥손이 연결되면 물질이 이동할 수 있는 통로인 채널(channel)이 만들어진다. 코넥손은 길이가 17 nm이고 내부는 친수성(hydrophilic) 채널을 만드는 원통형 구조로 열렸을 때는 원통의 지름이 7 nm이고 닫혔을 때는 지름이 3 nm가 된다.

이때 코넥손을 구성하는 단백질이 코넥신(connexin)이다. 6개의 코넥신 단백질이 코넥손 한 개를 구성한다. 코넥신 단백질은 막을 관통하는 알파 나선(alpha-helix) 구조 4개가 고리(loop)로 연결된 구조로 세포밖에 위치하는 고리 구조의 결합을 통해서 두 개의 코넥손이 결합한다(그림 1).

그림 1. 틈새이음을 구성하는 코넥신 단백질 (출처: 한국분자·세포생물학회)

틈새이음은 코넥신의 조합에 의해서 만들어지는데, 마우스는 20종류의 코넥신을 가지고 있고, 사람은 21종류의 코넥신을 가지고 있다. 코넥신은 23-62 kDa의 크기를 가지고 있으며, 코넥신 유전자의 숫자는 분자량을 의미한다. 예를 들어 코넥신 중의 하나인 Cx30은 30366 Da 즉, 약 30 kDa의 분자량을 가지고 있고, Cx43은 43036 Da으로 대략 43 kDa의 분자량을 가진다.

코넥신은 완전히 분화된 골격근(skeletal muscle), 적혈구, 정자 세포(sperm cell)를 제외한 모든 세포에서 발현이 되고 있으며, 조직에 따라 다양한 코넥신의 발현이 알려져 있다. 예를 들어 Cx43은 다양한 조직에서 발현되는데, 반해서 Cx50은 수정체(lens)에서 주로 발현되고, Cx37은 혈관평활근(vascular smooth muscle)이나 자궁내막(endothelium), 난소(ovary) 등과 같은 제한된 조직에서 발현된다고 보고 되었다.

코넥신의 조합으로 코넥손이 만들어지는데, 코넥손은 같은 종류의 코넥신으로 구성된 동종 소중합체(homo-oligomer)나 서로 다른 종류의 코넥신으로 구성된 이종 소중합체(hetero-oligomer)가 있을 수 있다. 두 개의 코넥손이 결합해서 틈새이음을 만들 때, 코넥손 역시 같은 코넥손과 결합도 가능하고 다른 종류의 코넥손과도 결합할 수 있다(그림 2). 

그림 2. 코넥신에 따른 틈새이동 구성 (출처: 한국분자·세포생물학회)

틈새이음은 세포간의 통신과 항상성(homeostasis)에 매우 중요한 기능을 하기 때문에 코넥신 유전자의 돌연변이에 따른 기능이상은 많은 질환을 유발하게 된다. 각각의 코넥신이 발현되는 부위가 정해져 있기 때문에 코넥신의 돌연변이는 주로 발현되는 장기에서 문제를 일으키게 된다. 예를 들어수정체에서 Cx46과 Cx50을 발현하는데, 두 코넥신 유전자의 돌연변이는 선천성 백내장(cataract)의 발생과 관계가 있다고 알려져 있다. 또한 슈반 세포(Schwann Cell)에서는 Cx32를 발현하고, 희소돌기아교세포(oligodendrocyte)에서는 Cx47을 발현하는데, Cx32와 Cx47의 돌연변이는 각각 말초신경과 중추신경에서 문제를 일으킨다고 알려져 있다. 추가로 Cx26, Cx31, Cx30 코넥신의 돌연변이는 청각장애와 관계가 있다. 코넥신의 돌연변이에 따른 질환 발생을 통해서 코넥신과 틈새이음의 역할이 매우 중요하다는 것을 알 수 있다.

채널(channel), 틈새이음(gap junction), 테트라스패닌(tetraspanin), 코넥손(connexon)

1. George Plopper (2014) Principles of Cell Biology. 2nd Edition.

2. Lynne Cassimeris et al. (2011) Lewin's Cells. 2nd Edition.

3. Mindaugas Račkauskas et al. (2010) Diversity and properties of connexin gap junction channels. Medicina 46: 1~11

4. Anna Pfenniger et al. (2010) Mutations in connexin genes and disease. European Journal of Clinical Investigation 41: 103-116