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[최철희 교수의 세포생물학] 세포, 그들의 수다를 엿듣는다

생존을 위해 생명체는 끊임없이 변하는 외부 환경을 신속하게 인식하고 적절하게 반응해야 한다. 세포도 마찬가지로 주위 환경뿐 아니라 내부의 상태를 파악하여 증식, 이동, 대사와 같은 세포활성을 조절한다. 신경이나 근육의 세포는 전기적인 자극에 반응하지만, 대부분의 세포는 화학적 신호를 통해 세포의 내부 및 외부의 환경을 파악하며 유전자의 발현을 조절하거나 혹은 단백질효소의 활성을 제어함으로써 세포활성을 조정한다. 이러한 일련의 과정을 세포신호전달(cell signaling 혹은 signal transduction)이라 한다. 질병의 발생 및 약물의 작용을 세포와 분자 수준에서 파악하는 일은 이들이 관여하는 세포신호전달 과정을 이해하지 않고는 불가능한 일이다. 세포들 사이의 의사소통은 대부분 화학적인 신호를 통해 이루어진다. 세포 간 메시지에 해당하는 신호를 리간드(ligand)라 한다. 리간드는 주로 세포 밖으로 배출되어 확산되어 나가며 작동을 하거나 세포 표면에 붙어 작용을 하기도 한다. 아미노산, 지질, 단백질, 핵산 등 다양한 생체분자가 리간드로 작용할 수 있는데, 심지어는 산화질소(NO)나 일산화탄소(CO)와 같은 기체분자도 세포들 간에 신호를 전달하는 수단으로 사용되기도 한다. 세포 표면에 있는 안테나와 같은 기능을 담당하는 수용체(receptor)가 리간드와 결합하게 되면 세포는 이를 일종의 신호로 받아들여 자신의 활성을 바꾸는데, 대부분 특정 유전자의 발현을 촉진 혹은 억제시키는 방식으로 반응한다. 이는 마치 손끝을 이용해서 물체를 만지고 이것이 위험한 것인지 아닌지를 판단하고 행동하는 것과 유사하다. 손끝에서 감지된 자극이 대뇌까지 신경을 통해 전달되듯이 수용체와 리간드가 결합하면 세포내에서는 세포신호전달(cell signaling) 과정을 통해 전파된다. 다양한 생체분자가 마치 골드버그 장치의 부속품처럼 연쇄반응을 일으키며 세포내 신호를 전달하며, 세포 외부의 리간드 신호를 세포내로 전달한다는 의미에서 이들 생체분자를 이차전달자(secondary messenger)라 한다. 세포신호전달은 궁극적으로 특정 유전자의 발현을 억제 혹은 증가시킴으로써 세포의 활성을 변화시킨다. 이러한 특정 유전자 발현은 대부분 전사인자라는 단백질에 의해 조절된다. 이러한 전사인자의 활성이 다양한 신호전달과정에 의해 조정되며 이를 통해 세포 외부의 자극이 특정 유전자 발현을 변화시키게 된다.