스캐폴드 단백질

3. 종류

핵스캐폴드 단백질은 핵막공복합체와 핵라미나를 구성하는 것 외에도, 핵 내부 기질에서 유래한 다양한 종류가 존재한다. 주요 예시는 다음과 같다.

이러한 핵스캐폴드 단백질들에 대한 연구는 지속적으로 이루어지고 있다.

4. 기능

스캐폴드 단백질은 신호 전달 경로에서 다양한 기능을 수행하며, 주요 역할은 다음과 같다.^[33][1]

• 신호 전달에 관여하는 단백질들을 모아 복합체를 형성한다.
• 형성된 복합체나 신호 전달 구성 요소들을 세포 내 특정 위치로 이동시킨다.
• 음성피드백과 양성피드백 신호를 조절하여 신호 전달 과정을 제어한다.
• 신호 전달 단백질을 탈인산화효소나 다른 경쟁 단백질로부터 격리하여 보호한다.

4. 1. 신호 전달 물질 복합체 형성

4. 2. 신호 전달 물질의 세포 내부로의 전달

4. 3. 음성 피드백과 양성 피드백과의 상호 작용

4. 4. 적절한 신호 전달 단백질을 비활성화로부터 보호작용

5. 특성

스캐폴드가 가져야 할 필수적인 물리화학적 특성은 다음과 같다.^[1][2]

• 세포를 부착시키고 필요한 곳으로 전달할 수 있어야 한다.
• 조직의 성장을 유도하고 촉진할 수 있어야 한다.
• 세포가 부착될 특정 기질을 목표로 삼을 수 있어야 한다.
• 세포의 반응을 유도하거나 자극할 수 있어야 한다.
• 상처 치유 과정이 빠르고 효과적으로 진행되도록 도와야 한다.
• 생체적합성을 가지며, 생체 내에서 안전하게 분해되는 생분해성이어야 한다.
• 제조 과정이 비교적 간단하고, 필요에 따라 다양한 형태로 쉽게 만들 수 있어야 한다.
• 단위 부피당 넓은 표면적을 가지며, 내부에 빈 공간이 많은 다공성 구조여야 한다.
• 외부 힘에 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도와 원래의 형태를 유지하는 치수 안정성을 가져야 한다.
• 사용 전 멸균 처리가 가능해야 한다.

6. 스캐폴드 단백질 요약

스캐폴드 단백질의 가장 기본적인 기능은 신호전달 경로의 여러 구성 요소들을 하나의 복합체로 묶어주는 것이다. 이렇게 형성된 복합체는 신호 전달 물질 간의 불필요한 상호작용을 줄이는 동시에, 필요한 요소들을 한 곳에 모아 신호 전달의 효율성을 높인다.^[39][35] 예를 들어, 스캐폴드 단백질은 인산화효소와 그 기질을 함께 묶어 특정 인산화 반응이 원활하게 일어나도록 돕는다. 또한, 여러 단계의 가공 과정이 필요한 신호 전달 물질의 경우, 스캐폴드 단백질은 관련 효소들을 모아 한 번의 상호작용으로 여러 가공이 일어나도록 과정을 단순화시킨다.^[39][35]

스캐폴드 단백질은 신호 전달 물질과 상호작용하며 알로스테릭 효과를 통해 신호 전달을 조절하는 효소와 유사한 역할을 하기도 한다.^[36] 이를 통해 신호 전달 물질의 활성을 촉진하거나 억제할 수 있다. 대표적인 예로 MAPK 경로의 Ste5 스캐폴드 단백질은 특정 키네이스의 작용을 촉매적으로 촉진하여 Fus3 MAPK를 통한 신호 전달에 직접 관여하는 것으로 알려져 있다.^[37]

또한, 스캐폴드 단백질은 신호 전달 물질을 세포 내 특정 위치로 이동시키는 역할을 수행하는데, 이는 신호 전달 중간 산물 생성에 매우 중요하다. 단백질 키나제 A 계열 스캐폴드 단백질(AKAP)은 cAMP-의존성 단백질을 세포 내 다양한 장소로 안내하는 대표적인 예이다.^[38]

스캐폴드 단백질은 신호 전달 경로의 피드백 조절에도 관여한다. 수학적 모델링 연구에 따르면, 스캐폴드 단백질은 여러 키네이스를 묶어 특정 하위 타겟과의 인산화 반응만 일어나도록 제한함으로써, 신호 반응의 무분별한 확산을 막고 키네이스의 특이성을 향상시킨다.^[39][40][41] 이러한 능력은 스캐폴드 단백질과 키네이스 간의 상호작용, 세포 내 인산염 수준, 스캐폴드 단백질의 위치, 신호 전달 물질의 발현 정도 등 여러 요인과 관련이 있는 것으로 보인다.^[39][40]

마지막으로, 스캐폴드 단백질은 활성화된 신호 전달 분자가 탈인산화효소 등에 의해 비활성화되거나 분해되지 않도록 보호하는 역할도 한다. 연구에 따르면 스캐폴드 단백질에 결합하지 않은 인산화효소는 표적과의 반응 전에 탈인산화될 가능성이 더 높다.^[40]

7. 헌팅틴 단백질

헌팅틴 단백질은 DNA 손상 부위에서 ATM 수선 단백질과 함께 발견된다.^[24] 헌팅틴은 ATM 산화적 DNA 손상 반응 복합체에서 스캐폴드 단백질 역할을 한다.^[24] 헌팅턴병은 비정상적인 헌팅틴 단백질을 가지는 질병으로, 이 환자들은 DNA 산화로 인한 손상을 복구하는 데 어려움을 겪는다. 산화적 DNA 손상은 헌팅턴병의 발병 기전에서 중요한 역할을 하는 것으로 여겨진다.^[25] 즉, 헌팅턴병은 돌연변이 헌팅틴 스캐폴드 단백질의 DNA 수선 기능 이상으로 인해, 대사 활동이 활발한 세포에서 산화적 DNA 손상이 축적되어 발생하는 것으로 보인다.^[24]

8. DNA 수선

SPIDR은 DNA 수선에 관여하는 스캐폴드 단백질 중 하나이다.^[26] 이 단백질은 단일 가닥 DNA 위에서 재조합효소인 RAD51 및 DMC1의 안정성이나 조립을 조절하는 역할을 한다.^[26] RAD51과 DMC1은 포유류의 감수 분열 과정에서 중요한 역할을 하는데, 특히 상동 재조합을 통해 DNA 이중 가닥 절단을 수선할 때 가닥 교환 과정을 매개한다.^[3]

9. 기타 용법

생물학의 다른 분야에서도 "스캐폴드 단백질"이라는 용어는 반드시 세포 신호전달에 국한되지 않고 더 넓은 의미로 사용된다. 이는 단백질이 어떤 목적으로든 여러 단백질이나 분자를 함께 묶는 역할을 하는 경우를 의미한다.

; 염색체 접힘

: 염색체 골격은 염색질을 콤팩트한 염색체로 만드는 데 중요한 역할을 한다. 염색체 골격은 응축소, 토포아이소머라제 IIα, 키네신 계열 구성원 4(KIF4)^[27] 등을 포함한 단백질로 구성되며, 이 구성 단백질들을 스캐폴드 단백질이라고 부르기도 한다.

; 효소 반응

: 특정 경로에서 연속적인 반응을 수행하는 크고 여러 기능을 가진 효소를 스캐폴드 단백질이라고 부르기도 한다.^[28] 예를 들어 피루브산 탈수소 효소가 있다.

; 분자 형태 형성

: 여러 분자를 함께 잡아 적절한 공간 배열을 유지하도록 돕는 효소나 구조 단백질도 스캐폴드 단백질로 불린다. 예를 들어 철-황 클러스터 스캐폴드 단백질^[29][30]이 있다.

; 구조적 스캐폴드

: 세포 골격이나 세포 외 기질(ECM)에서 기계적인 지지대 역할을 하는 분자들도 있다. 예를 들어 4형 콜라겐^[31]이 있다.

참조

_[1] 논문 Scaffold proteins and immune-cell signalling 2009-01
_[2] 논문 Ste5 tethers multiple protein kinases in the MAP kinase cascade required for mating in ''S. cerevisiae'' 1994-08
_[3] 논문 What Do Scaffold Proteins Really Do? 2000-10-03
_[4] 논문 Signal transduction: hanging on a scaffold 2000-04
_[5] 논문 The Ste5 Scaffold Directs Mating Signaling by Catalytically Unlocking the Fus3 MAP Kinase for Activation 2009-03
_[6] 논문 AKAP signalling complexes: focal points in space and time 2004-12
_[7] 논문 Scaffold proteins may biphasically affect the levels of mitogen-activated protein kinase signaling and reduce its threshold properties 2000-05-23
_[8] 논문 Scaffold proteins confer diverse regulatory properties to protein kinase cascades 2007-08-14
_[9] 논문 Wiring diagrams of MAPK regulation by MEKK1, 2, and 3 2004-12-01
_[10] 논문 Scaffold State Switching Amplifies, Accelerates, and Insulates Protein Kinase C Signaling 2014-01-24
_[11] 논문 KSR and CNK: two scaffolds regulating RAS-mediated RAF activation 2007-05
_[12] 논문 C-TAK1 Regulates Ras Signaling by Phosphorylating the MAPK Scaffold, KSR1 2001-11
_[13] 논문 NFAT Binding and Regulation of T Cell Activation by the Cytoplasmic Scaffolding Homer Proteins 2008-01-25
_[14] 논문 Homer: a link between neural activity and glutamate receptor function 2000-06
_[15] 논문 Pellino 1 Is Required for Interleukin-1 (IL-1)-mediated Signaling through Its Interaction with the IL-1 Receptor-associated Kinase 4 (IRAK4)-IRAK-Tumor Necrosis Factor Receptor-associated Factor 6 (TRAF6) Complex 2003-03-28
_[16] 논문 Cutting Edge: Mouse Pellino-2 Modulates IL-1 and Lipopolysaccharide Signaling 2002-10-15
_[17] 논문 The inflammasome: a danger sensing complex triggering innate immunity 2007-12
_[18] 논문 Discs large (Dlg1) complexes in lymphocyte activation 2004-07-19
_[19] 논문 Human Homologue of the Drosophila Discs Large Tumor Suppressor Binds to p56 lck Tyrosine Kinase and Shaker Type Kv1.3 Potassium Channel in T Lymphocytes 1997-10-24
_[20] 논문 Scaffold protein Dlgh1 coordinates alternative p38 kinase activation, directing T cell receptor signals toward NFAT but not NF-κB transcription factors 2007-02
_[21] 논문 Dlgh1 coordinates actin polymerization, synaptic T cell receptor and lipid raft aggregation, and effector function in T cells 2005-02-07
_[22] 논문 Spinophilin participates in information transfer at immunological synapses 2008-04-21
_[23] 논문 FLU: A negative regulator of chlorophyll biosynthesis in Arabidopsis thaliana 2001-10-23
_[24] 논문 Huntingtin is a scaffolding protein in the ATM oxidative DNA damage response complex 2016-12-25
_[25] 논문 Role of oxidative DNA damage in mitochondrial dysfunction and Huntington's disease pathogenesis 2013-09
_[26] 논문 SPIDR is required for homologous recombination during mammalian meiosis 2023-05
_[27] 논문 Chromosome Scaffold is a Double-Stranded Assembly of Scaffold Proteins 2015-07-01
_[28] 서적 molecular cell biology by Lodish 2020-08
_[29] 논문 Fe-S Cluster Assembly Pathways in Bacteria 2008
_[30] 논문 Anatomy of an iron-sulfur cluster scaffold protein: Understanding the determinants of [2Fe–2S] cluster stability on IscU 2015-06-01
_[31] 서적 Molecular Cell Biology by Lodish et al. edition 5 2020-08
_[32] 논문 The postsynaptic architecture of excitatory synapses: a more quantitative view 2007
_[33] 논문 Scaffold proteins and immune-cell signalling 2009
_[34] 저널 Ste5 tethers multiple protein kinases in the MAP kinase cascade required for mating in ''S. cerevisiae''
_[35] 논문 What do scaffold proteins really do? 2000
_[36] 논문 Signal transduction: hanging on a scaffold
_[37] 논문 The Ste5 scaffold directs mating signaling by catalytically unlocking the Fus3 MAP kinase for activation
_[38] 논문 AKAP signalling complexes: focal points in space and time
_[39] 논문 Scaffold proteins may biphasically affect the levels of mitogen-activated protein kinase signaling and reduce its threshold properties
_[40] 논문 Scaffold proteins confer diverse regulatory properties to protein kinase cascades
_[41] 논문 Wiring diagrams of MAPK regulation by MEKK1, 2, and 3