측분비 신호전달

개요

측분비 신호전달(paracrine signaling)은 세포가 신호 분자(signaling molecule)의 분비를 통해 인접 세포와 소통할 수 있게 합니다. 신호 분자는 인접한 표적 세포에만 반응을 일으키기 때문에 표적 세포에 전달되지 않은 경우 빠르게 분해하거나 가까운 세포에 의해 비활성화됩니다. 측분비 신호전달의 대표적인 예로는 혈관 내 산화질소(nitric oxide) 신호, 뉴런의 시냅스 신호, 혈액 응고 시스템, 조직 수리/상처 치유, 국소 알레르기 피부 반응이 있습니다.

산화질소는 혈관 확장과 혈압 조절에 관여

필수적인 측분비 신호전달 분자 중 하나는 산화질소 가스입니다. 산화질소는 산화질소 합성효소(nitric oxide synthase)로 알려진 효소군(enzyme family)에 의해 생성됩니다.

혈관에는 여러 층의 세포가 포함되어 있습니다. 세포의 가장 안쪽 층은 내피층(endothelium)입니다. 내피 세포(endothelial cell)는 모든 방향으로 확산하는 산화질소를 산화질소 합성효소를 지닙니다. 혈액에 도달한 산화질소는 신호전달에는 기여하지 않지만, 헤모글로빈과 같은 생화학물질(biochemical)과 즉시 반응합니다. 반대 방향(혈관의 다음 층)으로 확산하는 산화질소 분자는 중요한 신호전달에 참여합니다.

내피 바로 바깥층은 민무늬근(smooth muscle; 평활근) 세포로 이루어져 있습니다. 평활근 세포의 기능은 수축하는 것입니다. 이 세포가 수축하면 혈관을 압박해 지름을 좁히고, 그 결과 혈압을 올립니다.

산화질소는 측분비 신호전달에 관여함으로써 평활근 세포의 이완을 촉진합니다. 산화질소가 구아닐산고리화효소 수용체(guanylate cyclase receptor)에 결합하면 평활근 세포 내 고리형 구아노신일인산(cyclic guanosine monophosphate)의 농도를 높입니다. 이것은 평활근의 이완으로 이어져 혈관의 지름을 키웁니다. 확장(dilation)으로 알려진 이 과정은 혈압을 낮춥니다.

측분비 신호전달은 혈액 응고를 촉진

혈관이 손상되어 출혈이 시작되면 내피가 파괴된 것을 의미합니다. 손상된 내피 조직은 폰빌레브란트인자(von Willebrand factor, 줄여서 vWF)를 방출하고 vWF는 혈소판(핵이 없는 작은 백혈구)에 결합하여 혈액 내에서 순환하는데, 이 현상은 일종의 측분비 신호전달입니다. 한편, 내피 세포 아래의 콜라겐 섬유도 혈소판에 결합합니다. 이어서 다른 일부 혈소판 단백질이 활성화되어 혈소판에서 방출됩니다. 이 단백질은 차례로 측분비 신호전달을 통해 더 많은 혈소판을 활성화합니다. 많은 응고 인자 사이의 복잡한 일련의 반응은 피브린(fibrin)이라는 물질이 형성하는데, 피브린은 응고한 혈액을 지탱하고 손상된 내피를 수리합니다.

비아그라(실데나필)와 노벨상

1978년 로버트 퍼치고트(Robert Furchgott) “내피 유래 이완 인자(Endothelium-Derived Relaxing Factor)”라고 이름을 지은 물질을 발견했습니다. 1980년대 중반까지 퍼치고트는 이 물질이 산화질소라고 판단했습니다. 한편, 루이스 이그나로(Louis Ignarro)는 독립적으로 같은 물질을 발견했고 페리드 뮤라드(Ferid Murad)는 산화질소가 고리형 구아노신일인산(cyclic guanosine monophosphate, 줄여서 cGMP)의 농도를 상승시키는 것을 증명했습니다. 이 업적으로 퍼치고트, 이그나로, 뮤라드가 1998년에 공동 노벨상을 수상했습니다.

1989년 화이자(Pfizer)에서 근무했던 연구원들은 혈압약으로 실데나필이라는 약을 개발했습니다. 이 직후 실데나필이 발기에 현저한 영향을 미치는 것이 드러나 발기 부전을 치료하는 약으로 관심이 높아졌습니다. 발기 부전은 중장년 남성에게 흔한 건강 문제입니다. 이 질환은 음경 혈관에 영향을 미치는 고혈압으로 인해 발생합니다. 그 이유는 해면체(음경의 혈액으로 가장 많이 찬 부분)가 cGMP만 골라 분해하는 인산디에스터 가수분해효소(phosphodiesterase) 5(PDE5)를 생산하기 때문입니다. 신약은 PDE5를 강력하게 억제하여 해당 효소의 활동을 설명했습니다. 이후 실데나필은 비아그라라는 브랜드명을 달아 판매됐고 매출은 증가했습니다.