사이토크롬 c

3. 세포자멸사 (아포토시스)

샤오둥 왕은 1996년에 사이토크롬 c가 세포자멸사 과정에서 중간 역할을 한다는 것을 발견했다.^[17] 사이토크롬 c는 세포자멸사를 유도하는 자극(산소 결핍, 칼슘 농축 등)에 반응하여 미토콘드리아 내막에서 방출된다.^[18]

사이토크롬 c는 미토콘드리아 내막의 카디오리핀에 결합하여 존재한다. 초기에는 정전기적 인력으로 결합하지만, 최종적으로는 카디오리핀의 소수성 꼬리가 사이토크롬 c의 소수성 부분에 삽입되는 소수성 상호작용을 통해 결합한다.

세포자멸사 초기 단계에서 미토콘드리아의 활성산소(ROS) 생성이 촉진되고, 카디오리핀은 카디오리핀-사이토크롬 c 복합체의 과산화효소 기능에 의해 산화된다. 이후 혈색소 단백질은 미토콘드리아 내막에서 분리되어 외막의 구멍을 통해 세포질로 방출된다.^[18]

칼슘 수치의 지속적인 증가는 미토콘드리아로부터 사이토크롬 c 방출에 선행한다. 소량의 사이토크롬 c 방출은 소포체(ER)의 IP3 수용체(IP3R)와 상호작용하여 ER 칼슘 방출을 유발한다. 칼슘 증가는 대량의 사이토크롬 c 방출을 유발하며, 이는 양성 피드백 루프를 통해 ER 칼슘 방출을 유지한다.^[19] 이로 인해 ER 칼슘 방출은 세포 독성 수준에 도달할 수 있다.

세포질로 방출된 사이토크롬 c는 시스테인 프로테아제인 카스파제 9를 활성화한다. 카스파제 9는 카스파제 3과 카스파제 7을 활성화하여 세포를 파괴한다.

3. 1. 세포자멸사 억제

4. 구조

4. 1. 헴 c (Heme c)

4. 2. 쌍극자 모멘트 (Dipole moment)

5. 종 분포

사이토크롬 c는 진핵생물 종 전체에서 매우 보존된 단백질로, 식물, 동물, 균류 및 많은 단세포 생물에서 발견된다. 작은 크기(분자량 약 12,000 달톤)^[3]와 분류학 연구에 유용하게 사용된다.^[4] 사이토크롬 c는 진화 생물학에 대한 통찰력을 제공하기 위해 연구되어 왔다.

사이토크롬 c는 약 100개의 아미노산 사슬로 구성된 1차 구조를 가지고 있으며, 많은 고등 생물은 104개의 아미노산 사슬을 가지고 있다.^[5] 30개 이상의 종에서 104개의 아미노산 중 34개가 보존되었다.^[7] 사람의 사이토크롬 c 서열은 침팬지(가장 가까운 친척)와 동일하지만 말과는 다르다.^[6] 닭과 칠면조의 사이토크롬 c 아미노산 서열은 완전히 동일하지만, 이들과 오리 사이에는 1개의 아미노산 잔기 차이가 있다. 인간과 침팬지의 사이토크롬 c는 완전히 동일하지만, 붉은털원숭이와는 1개의 아미노산 잔기 차이가 있다^[42]。 인간과 침팬지에서는 66번째 아미노산 잔기가 이소류신이지만, 붉은털원숭이에서는 트레오닌이다^[41]。 돼지, 소, 양의 사이토크롬 c는 모두 동일하다.

6. 항산화 효소로서의 기능

최근 연구에 따르면 사이토크롬 c는 전자 전달 연쇄 및 세포 세포자멸사에서의 역할 외에도 미토콘드리아에서 항산화 효소로 작용할 수 있으며, 슈퍼옥사이드(O₂⁻)와 과산화 수소(H₂O₂)를 미토콘드리아에서 제거함으로써 이러한 역할을 수행한다.^[22] 따라서 사이토크롬 c는 세포 호흡을 위해 미토콘드리아에 필요할 뿐만 아니라, O₂⁻ 및 H₂O₂의 생성을 제한하기 위해서도 미토콘드리아 내에서 필요하다.^[22]

7. 미토콘드리아 외부 위치

사이토크롬 c는 정상적인 생리 조건에서는 미토콘드리아 내막 공간에만 국한되어 있는 것으로 널리 알려져 있다.^[23] 사이토크롬 c가 미토콘드리아에서 세포질로 방출되어 카스파제 단백질 분해 효소군을 활성화시키는 것이 세포자멸사의 시작을 유발하는 주요 원인으로 여겨진다.^[24]

그러나 쥐 조직 절편을 이용한 사이토크롬 c 특이적 항체를 이용한 상세한 면역 전자 현미경 연구 결과, 정상적인 세포 조건 하에서도 사이토크롬 c가 미토콘드리아 외부에 존재한다는 강력한 증거가 제시되었다.^[27] 췌장의 샘세포와 뇌하수체 전엽에서 사이토크롬 c는 각각 과립 효소 과립과 성장 호르몬 과립에서 강하고 특이적으로 검출되었다. 췌장에서는 사이토크롬 c가 응축 소포와 샘세포의 내강에서도 발견되었다. 사이토크롬 c의 미토콘드리아 외부 국재화는 정제된 사이토크롬 c로 1차 항체를 흡착시키면 완전히 사라지는 것으로 보아 특이적임이 확인되었다.^[27]

사이토크롬 c 외에도 미토콘드리아 DNA에 의해 암호화된 단백질을 포함하여 다수의 다른 단백질에서도 미토콘드리아 외부 국재화가 관찰되었다.^[28][29][30] 이는 아직 밝혀지지 않은, 미토콘드리아에서 다른 세포 목적지로의 단백질 이동을 위한 특이적인 기전이 존재할 가능성을 제기한다.^[30][31]

8. 응용

사이토크롬 c는 생물학적 시스템에서 과산화물 생성을 감지하는 데 사용되어 왔다. 초과산화물이 생성되면 산화된 사이토크롬 c³⁺의 수가 증가하고 환원된 사이토크롬 c²⁺의 수는 감소한다.^[32] 그러나 초과산화물은 종종 일산화 질소와 함께 생성되는데, 일산화 질소가 존재하면 사이토크롬 c³⁺의 환원이 억제된다.^[33] 이는 일산화 질소와 초과산화물의 반응을 통해 생성되는 중간체인 과산화질산에 의해 사이토크롬 c²⁺가 사이토크롬 c³⁺로 산화되기 때문이다. 과산화 질산염 또는 H₂O₂ 및 이산화 질소 NO₂의 미토콘드리아 내 존재는 사이토크롬 c의 티로신 잔기를 질산화하여 전자 전달 연쇄에서 전자 전달체로서의 사이토크롬 c의 기능을 방해하기 때문에 치명적일 수 있다.^[34]

사이토크롬 c는 과산화 효소 유사 활성을 가진 효소로도 널리 연구되어 왔다. 사이토크롬 c는 과산화 효소 유사 활성을 시험하기 위해 전하를 띤 고분자에 접합되기도 한다.^[35][36] 또한, 단백질 기반 케이지 구조 내 효소 캡슐화의 자연적인 예에서 영감을 얻어, 사이토크롬 c를 키메라 자가 조립 방식을 사용하여 영양 결핍 세포(Dps) 단백질 케이지에서 9 nm 크기의 작은 자가 조립 DNA 결합 단백질에 캡슐화하는 연구도 진행되었다. 이 연구에서는 단백질 케이지 내 효소를 캡슐화할 때 용액 내 효소와 다른 고유한 촉매 활성 거동이 관찰되었는데, 이는 대량의 환경과는 다른 Dps 나노케이지 내부 공동이 제공하는 국소 미세 환경에 기인한 것이다.^[37]

사이토크롬 c는 수산화 반응이나 방향족 화합물의 산화 반응 등 몇몇 반응의 촉매 기능을 가지며, 과산화효소 활성을 나타내 2,2-azino-''bis''(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid (ABTS)와 2-keto-4-thiomethyl butyric acid, 4-aminoantipyrine와 같은 전자 전달체를 산화시킨다.

사이토크롬 c는 근적외선을 조사하여 조직을 관통시켜 세포 재생을 촉진하는 치료법인 저준위 레이저 치료(Low-Level laser therapy; LLLT)에서 기능적인 역할을 담당하고 있는 것으로 여겨진다. 이 파장의 빛은 사이토크롬 c의 활성을 높여 대사를 활성화하고, 조직 재생을 위한 에너지를 효율적으로 생성하도록 돕는다.^[44]

8. 1. 과산화물 검출

8. 2. 촉매 활성 연구

8. 3. 저준위 레이저 치료 (LLLT)

9. 상호작용

사이토크롬 ''c''는 COX4I2와 상호작용하는 것으로 밝혀졌다.^{[45][46][47][48]}

참조

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