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성장인자

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세포에서 신호전달 기능을 가지는 성장인자가 분비되는 모습

성장인자(Growth Factor, GF)는 세포 증식, 상처 치유, 세포 분화를 자극할 수 있는 자연 발생 물질이다. 일반적으로 단백질 또는 스테로이드 호르몬이다. 성장 인자는 다양한 세포 과정을 조절하는 데 중요하다.

성장인자는 일반적으로 세포 사이의 신호 분자로 작용한다. 예를 들면 표적 세포 표면의 특정 수용체에 결합하는 사이토카인과 호르몬이 있다.

각각의 성장인자는 세포 분화와 성숙을 촉진한다. 예를 들어, 표피 성장 인자(Epidermal Growth Factor, EGF)는 골형성 분화를 강화하고, 섬유아세포 성장 인자(Fibroblast Growth Factor, FGF)와 혈관 내피 성장 인자(Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF)는 혈관 분화 및 신생(Angiogenesis)를 자극한다.

개요

성장인자(growth factor)는 보통 단백질이나 스테로이드 호르몬으로, 다른 단백질이나 거대 분자의 합성을 증가시키거나 분해를 저해함으로써 세포의 성장이나 성숙, 증식, 분화 등을 유도하는 자연 유래 물질을 통칭한다. 자가분비나 측분비, 내분비 등의 다양한 방식으로 표적 세포의 신호전달에 관여한다. 세포사멸을 억제함으로써 세포의 생존을 증가시키는 생존인자(survival factor)나, 세포주기를 억제하는 세포 내 멈춤 기전을 극복함으로써 세포의 분열을 촉진시키는 마이토젠(mitogen)과는 구별되는 개념이다.

발견 및 종류

1956년 미국의 생화학자 스탠리 코언(Stanley Cohen, 1922~ )은 세포 성장을 촉진하는 신경성장인자(nerve growth factor; NGF)를 발견하였고, 이후 표피성장인자(epidermal growth factor; EGF)도 발견하였다. 그 공로로 스탠리 코언은 1986년 이탈리아의 신경생물학자 리타 레비몬탈치니(Rita Levi-Montalcini, 1909~2012)와 함께 노벨생리의학상을 수상했다.

성장인자는 여러가지 종류가 있는데, 유사인슐린 성장인자(insulin-like growth factor; IGF), 표피성장인자(epidermal growth factor; EGF), 섬유아세포성장인자(fibroblast growth factor; FGF), 신경성장인자(nerve growth factor; NGF), 혈소판유래성장인자(platelet-derived growth factor; PDGF), 인터루킨(interleukin, IL) 등이 있다.

특징

표피성장인자(EGF, 붉은색)와 그것이 수용체(EGFR, 파란색, 보라색)와 결합한 모습. 수용체는 리간드와 결합하면 이량체(dimer)를 형성하며 활성화된다. 세포막은 회색으로 표현되었다. (출처: WIKIMEDIA)

성장인자는 대개 세포 간 신호전달 기능을 가지며 표적 세포의 표면에 있는 특정 수용체에 결합하여 작용한다. 성장인자의 기능은 다양해서 표피성장인자(epidermal growth factor; EGF)는 골형성 분화를 촉진하며, 섬유아세포성장인자(fibroblast growth factor; FGF)와 혈관내피성장인자(vascular endothelial growth factor; VEGF)는 혈관의 분화와 신생(angiogenesis)을 유도한다.

성장인자의 수용체

성장인자들의 수용체의 구조는 리간드인 성장인자가 결합할 수 있는 세포외 영역(extracellular domain), 세포막에 끼워져 있는 막관통 영역(transmembrane donmain), 세포내 영역 (intracellular domain)으로 구성되어 있다. 성장인자가 수용체에 결합하지 않으면 성장인자 수용체의 타이로신 인산화효소 활성은 나타나지 않지만, 성장인자가 성장인자 수용체에 결합하면 수용체의 이합체화(dimerization)가 일어나면서 수용체 자신이 타이로신 인산화효소(tyrosine kinase)의 활성을 가지게 되어 수용체의 자가인산화(autophosphorylation)를 유도한다.

성장인자와 타이로신 인산화효소 수용체 (출처: 생화학분자생물학회)

성장인자에 의한 세포 신호전달

성장인자가 성장인자 수용체에 결합하게 되면 수용체의 자가인산화를 통해 하위신호전달 단백질들이 수용체 타이로신 인산화효소(receptor tyrosine kinase)의 세포내 영역에 존재하는 타이로신 인산화효소 영역에 결합하게 된다.

SH2(src homology domain 2) 영역을 가지고 있는 하위신호전달 단백질들은 자신의 SH2(src homology domain 2) 영역을 통하여 성장인자 수용체의 타이로신 인산화 부위에 결합하게 되면, 수용체 타이로신 인산화효소의 활성에 의하여 결합된 SH2 영역을 가진 하위신호전달 단백질들을 인산화시켜 활성을 증가시키고, 다른 신호전달 단백질들을 하위신호전달 단백질로 이동시켜 다른 신호전달 단백질을 활성화시키는 연쇄 신호전달 반응을 유도하게 된다. Src 단백질은 SH2 영역을 가지고 있으며, 성장인자 신호전달에 의해 Src 타이로신 인산화효소의 활성이 증가된다. 이러한 신호전달 과정을 통하여 긍극적으로 전사인자의 인산화를 유도하고 활성화시켜서 핵내에서 성장 관련 유전자의 발현을 증가시킴으로써 세포의 성장을 매개한다.

성장인자 수용체의 변형에 의한 활성화 신호전달

표피 성장인자 수용체(EGF receptor)의 경우, N 말단의 세포외 영역에 존재하는 서열이 결핍된 erb 라는 유전자에 의해 발현된 Erb 암단백질은 표피 성장인자를 인식하거나 표피 성장인자와 결합할 수 없으며, 세포분열을 유도할 수 없게 된다. 세포외 영역이 결핍된 표피 성장인자 수용체는 표피 성장인자와 무관하게 세포의 성장을 촉진하는 신호를 세포내로 계속적으로 보내게 됨으로써 세포의 증식을 지속적으로 유도한다. 그 결과 세포의 암화가 유도된다. 이러한 Erb 암단백질은 다양한 종양세포에서 발견되고 있다.

사이토카인과의 비교

다양한 면역세포가 분비하는 사이토카인 (제작: 정우현/덕성여대)

성장인자는 과학자들 사이에서 사이토카인이라는 용어와 같은 의미로 사용되기도 한다. 역사적으로 사이토카인은 조혈(혈액 및 림프 형성) 세포 및 면역계 세포(예: 비장, 가슴샘, 림프절의 림프구 및 조직 세포)와 연관되어 있다. 세포가 액체 현탁액에서 발생할 수 있고 고체 조직에 결합되지 않은 순환계 및 골수의 경우 용해성 순환 단백질 분자로 소통하는 것이 합리적이다. 그러나 다양한 연구에서 조혈 및 면역 시스템이 사용하는 동일한 신호 전달 단백질 중 일부가 발달 중 및 성숙한 유기체에서 모든 종류의 다른 세포 및 조직에서도 사용되고 있음이 분명해졌다.

성장인자는 세포 증식에 긍정적인 영향을 의미하지만 사이토카인은 분자가 증식에 영향을 미치는지 여부와 관련하여 중립적인 용어이다. 과립구 콜로니 자극 인자(Granulocyte Colony-Stimulating Factor, G-CSF) 및 과립구 대식세포 콜로니 자극 인자(Granulocyte-Macrophage Colony-Stimulating Factor, GM-CSF)와 같은 일부 사이토카인은 성장 인자가 될 수 있지만 다른 것은 세포 생장 또는 세포 증식에 억제 효과가 있다. Fas 리간드와 같은 일부 사이토카인은 죽음 신호로 사용된다. 이것들은 표적 세포가 세포예정사(Programmed Cell Death, PCD) 또는 세포자살을 겪도록 한다.

성장인자는 노벨 생리의학상을 수상한 리타 레비몬탈치니에 의해 처음 발견되었다.

성장 인자의 목록

개별 성장 인자는 구조적, 진화적으로 관련된 단백질의 더 큰 클래스의 구성원으로 발생하는 경향이 있다. 많은 패밀리가 있으며 그 중 일부는 다음과 같다.

혈소판

혈소판의 알파 과립에는 성장 인자 혈소판 유래 성장 인자(Platelet-derived Growth Factor, PDGF), 인슐린 유사 성장 인자 1(Insuline-like Growth Factor 1, IGF-1), 표피 생장 인자 (Epidermal Growth Factor, EGF), 전환 성장 인자 베타(Transforming Growth Factor β, TGF-β)가 포함되어 있어 대식세포, 섬유아세포, 내피세포를 끌어들이고 활성화하여 상처 치유를 시작한다.

의학에서의 용도

지난 20년 동안 성장 인자는 다음과 같은 혈액 및 종양 질환, 심혈관 질환의 치료에 사용해왔다.

참고자료

같이 보기


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