포스파티딜이노시톨

[ Phosphatidyl inositol ]

포스파티딜이노시톨(Phosphatidyl inositol)은 세포의 막에 존재하는 인지질(phospholipid) 중의 하나로 세포내의 신호전달에 관여하는 물질로 긴 이름을 줄여서 PI라고도 한다. 포스파티딜이노시톨(PI)은 지질(lipid)이지만, 단백질처럼 인산화와 탈인산화 과정을 거쳐서 신호전달에 관여한다.

포스파티딜이노시톨(Phosphatidyl inositol)은 포스포글리세리드(phosphoglyceride) 중의 하나이다. 포스포글리세리드에는 세포막의 주요 성분인 포스파티딜세린(phosphatidyl serine), 포스파티딜 에탄올아민(phosphatidyl ethanolamine), 포스파티딜콜린(phosphatidylcholine) 등이 있다. 포스포글리세리드는 글리세롤(glycerol)을 뼈대로 해서 인산기(phosphate)를 포함하는 극성 머리 부분과 무극성인 지방산(fatty acid) 꼬리 2분자로 구성되어 있다. 포스파티딜이노시톨(Phosphatidyl inositol)은 글리세롤을 뼈대로 극성 머리 부분에 이노시톨(inositol)이 결합된 형태이다. 이노시톨은 탄소 여섯 개로 구성된 당(sugar) 분자로 각 탄소에 인산기가 결합하여 신호전달 물질로 사용된다.

포스파티딜이노시톨 2인산

포스파티딜이노시톨(Phosphatidyl inositol)의 머리 부분인 이노시톨 분자에 인산기를 붙여주는 인산화효소(kinase)는 이노시톨 분자의 특정 탄소에 인산화를 시켜준다. 예를 들어 포스파티딜이노시톨 3 인산화효소(PI3 kinase)는 이노시톨의 3번 탄소에 인산기를 결합시킨다. 마찬가지로 포스파티딜이노시톨 4 인산화효소(PI4 kinase)와 포스파티딜이노시톨 5 인산화효소(PI5 kinase)는 각각 이노시톨의 4번 탄소와 5번 탄소에 인산화를 시켜준다.

포스파티딜이노시톨 4 인산화효소(PI4 kinase)와 포스파티딜이노시톨 5 인산화효소(PI5 kinase)가 작용하면 포스파티딜이노시톨에 2개의 인산기가 붙어서 포스파티딜이노시톨 4, 5 2인산(PI 4,5 bisphosphate 혹은 PIP2)이 된다. PIP2는 세포내에서 인지질 가수분해 효소인 포스포리파아제 C (phospholipase C, PLC)에 의해서 분해되어 제2메신저(second messenger)로 사용된다. 포스포리아제 C에 의해서 PIP2가 분해되면 디아실글리세롤(diacylglycerol, DAG)과 이노시톨 1, 4, 5 3인산(inositol triphosphate, IP3)을 형성한다 (그림 1).

그림 1. 포스파티딜이노시톨 2인산의 분해 (출처: 한국분자·세포생물학회)

상위 신호전달에 의해서 PIP2가 분해되어서 형성된 디아실글리세롤(DAG)과 이노시톨 3인산(IP3)은 각각 서로 다른 신호전달에 관여하게 된다. 디아실글리세롤(DAG)은 막에 위치하며, 단백질 인산화효소 C(protein kinase C, PKC)를 활성화시키고, 이노시톨 3인산(IP3)은 막에서 분리되어서 활면소포체로 이동하여 세포질내의 칼슘 이온을 증가시킨다. 세포질 내에 증가한 칼슘 이온은 단백질 인산화효소 C(PKC)를 활성화 시킨다.

포스파티딜이노시톨 3인산

포스파티딜이노시톨은 세포의 신호전달에도 매우 중요하다. 성장인자 등에 의한 신호전달에 의해서 활성화된 포스파티딜이노시톨 3 인산화효소(PI3 kinase)는 포스파티딜이노시톨 2인산(PIP2)을 포스파티딜이노시톨 3,4,5, 3인산(PIP3)으로 변환시킨다. PIP3는 인산화효소인 Akt와 포스파티딜이노시티드 의존적 인산화효소-1(phosphoinositide dependent kinase-1, PDK-1)와 결합하여 활성화시킨다. 즉, 성장인자는 포스파티딜이노시톨을 인산화시켜서 Akt와 PDK-1의 활성화시키고, 최종적으로 세포의 성장에 기여를 하게 된다.

포스파티딜이노시톨 3인산(PI3P)의 증가는 세포를 성장시키기 때문에 이를 억제하여 조절하는 효소가 필요한데, PTEN이라는 탈인산화 효소가 포스파티딜이노시톨 3인산(PIP3)을 포스파티딜이노시톨 2인산(PI2P)로 전환하여 포스파티딜이노시톨 3인산(PIP3)의 양을 줄이게 된다(그림 2).

그림 2. 포스파티딜이노시톨 3인산의 조절 (출처: 한국분자·세포생물학회)

암세포에서 탈인산화효소인 PTEN은 돌연변이에 의해서 기능을 잃는 경우가 많고, PTEN 유전자의 돌연변이에 따른 포스파티딜이노시톨 3인산(PI3P)의 증가는 Akt와 PDK-1의 활성을 촉진시켜서 종양(tumor)을 유발할 수 있다.

참고문헌

1. Bruce Alberts et al (2014) Molecular Biology of The Cell

2. George Plopper (2011) Principles of Cell Biology

포스파티딜이노시톨