수용체매개 내포작용

개요

수용체매개 내포작용(receptor-mediated endocytosis)은 특정 분자가 다량으로 세포 표면에 있는 수용체(receptor)에 결합한 후 해당분자를 한꺼번에 세포로 들여보낼 수 있는 과정입니다. 이 수용체에 결합하는 분자는 세포 표면 막이 안쪽으로 접히며 세포에 흡수되는데 이때 안으로 접히던 세포막은 꼬집혀 떼어져 세포 내 소포(vesicle)로 포장됩니다. 클라트린(clathrin)과 같은 구조적 단백질은 새로 생성된 소포를 코팅하고 둥근 모양을 잡아줍니다.

클라트린의 중재로 내포되는 LDL

수용체매개 내포작용을 잘 보여주는 예는 저밀도 지질단백질(저밀도지단백 혹은 LDL 콜레스테롤; low-density lipoprotein 혹은 LDL cholesterol)의 수송입니다. LDL은 세포막에 있는 막관통수용체(transmembrane receptor)에 결합합니다. 어댑터 단백질(adapter protein)은 클라트린이 막의 내부 표면에 부착할 수 있도록 만듭니다. 이어서 이 단백질 복합체는 막을 안쪽으로 구부려 세포 안쪽에 클라트린으로 코팅된 소포를 만듭니다. 이렇게 생성되는 내포성 소포(endocytic vesicle)의 끝은 단백질 디나민(dynamin)과 기타 부수적인 단백질이 모인 복합체에 의해 막에서 꼬집혀 분리됩니다.

내포성 소포는 초기 엔도솜(early endosome)과 융합하고, LDL은 낮은 pH 환경때문에 수용체 단백질로부터 분리됩니다. 그러면 빈 수용체 단백질은 외부 세포막에 다시 삽입되기 위해 수송 소포(transport vesicle)로 분리됩니다. 한편 LDL은 리소좀(lysosome)과 결합하는 엔도솜에 남아 있습니다. 그리고 리소좀은 LDL을 세포에서 사용할 수 있는 유리 콜레스테롤(free cholesterol)로 분해하는 소화 효소를 제공합니다.

수용체매개 내포작용의 역할

수용체매개 내포작용은 여러기능을 수행합니다. 위의 예에서 내포작용은 자원(LDL)을 세포 내부로 가져옵니다. 마찬가지로 철(iron)은 철과 결합하는 단백질인 트렌스페린(transferrin)을 통해 트렌스페린 수용체(TfR)에 결합해 내포작용을 따라 세포 내부로 흡수됩니다. LDL 내포작용과 비슷하게 철과 결합한 트렌스페린이 트렌스페린 수용체에 결합하면 클라트린으로 코팅된 소포가 생성됩니다. 그리고 초기 엔도솜에서 pH의 감소로 철이 트렌스페린에서 떨어져 나옵니다. 여기서 LDL 내포작용과 다른 점은 트렌스페린은 트렌스페린 수용체에 계속 결합해 있습니다. 트렌스페린 수용체가 재활용을 위해 세포 표면으로 돌려보내지면 트렌스페린(철이 분리되어 비어있음)은 세포 외 환경으로 방출됩니다.

수용체매개 내포작용은 세포 신호 조절에도 사용됩니다. 신호 수용체를 조절하는 주요 방법 중 하나는 내포작용을 이용하여 수용체를 세포 내로 가져와 세포를 고립(sequestration)시키는 것입니다. 일부 수용체는 필요할 때까지 소포에 저장되고 일부는 단백질 분해효소(proteolytic enzyme)에 의해 분해됩니다. 어떤 신호전달경로는 신호전달(signal transduction)을 위해 수용체매개 내포작용을 필요로 합니다.

수용체매개 내포작용의 종류

LDL의 내포작용은은 클라트린 매개 내포작용의 예입니다. 다른 종류의 내포작용도 있는데 그중 잘 연구된 작용으론 카베올린(caveolin) 매개 내포작용이 있습니다. 표면에 결합하는 클라트린과는 달리 카베올린은 지질 이중막(lipid bilayer)에 자신을 삽입합니다. 이후 작용은 클라트린과 비슷하게 막을 휘게 만들어 내포성 소포를 형성합니다.

수용체매개 내포작용을 이용하는 병원균

일부 박테리아와 바이러스는 숙주의 수용체를 빼앗아 숙주 세포에 침입할 수 있습니다. 인플루엔자 바이러스는 클라트린 매개 내포작용과 기타 다른 내포작용을 이용하여 숙주 세포에 침입할 수 있습니다. 바이러스는 세포 표면의 수용체에 결합하여 숙주 세포로 들어간 뒤 나중에 엔도솜에서 탈출합니다.

일부 병원체는 숙주 수용체에 결합하는 독소를 방출해 세포가 병원체를 내부로 들이도록 속입니다. 탄저균 Bacillus anthracis은 탄저균독소(anthrax)를 생산하는데, 이 독소는 수용체에 결합하여 내포작용을 통해 세포로 들어간 뒤 후기 엔도솜(late endosome)에서 도망쳐 괴사(necrosis) 및 기타 임상 증상을 일으킬 수 있습니다.