2회차_구강생화학_결합조직과 상피조직(2)_정원윤

결합 조직 및 상피 조직 (2)

세포 접착 단백질 (CAM, Cell Adhesive Molecule)

• 세포 접착 단백질은 ECM의 구성 요소인 당단백질(glycoprotein)입니다.
• 당단백질은 단백질에 포도당, 갈락토오스 또는 다당류가 결합된 것입니다.
• 프로테오글리칸(Proteoglycan)는 핵심 단백질에 수많은 탄수화물이 결합된 형태이며 탄수화물이 주성분입니다.
• 세포에 존재하는 수용체인 인테그린(integrin)에 결합하여 세포가 세포외기질(ECM)에 부착되도록 합니다.
• 콜라겐과 같은 다른 세포외기질(ECM)과도 상호 작용합니다.
• 세포골격을 이용하여 세포 이동을 돕고 세포 증식에도 관여합니다.
• 세포 접착 단백질이 인테그린과 결합하려면 RGD 시퀀스를 가지고 있어야 합니다.
• RGD(Arginine-Glycine-Aspartic acid)는 세포 표면의 인테그린과 결합하여 세포 내로의 신호 전달에 관여하는 세포 접착 펩티드입니다.
• GAG 결합 영역과 콜라겐 결합 영역은 ECM과의 상호 작용을 나타냅니다.
• 자기 복합체 영역은 세포 접착 단백질이 스스로 결합하여 dimer, trimer 등의 복합체를 형성하는 부분입니다.

세포 접착 단백질의 종류

• 대부분의 세포 접착 단백질은 세포 부착 펩티드인 RGD를 가지고 있어 인테그린과 결합합니다.
• 리간드(Ligand)는 표적 단백질의 특정 부위에 결합하여 신호를 발생시키는 분자입니다.
• 오스테오폰틴, 골시알로단백질, 상아질인단백질, 상아질기질단백질은 뼈와 상아질에 존재하는 세포 접착 단백질로 모두 RGD 시퀀스를 가지며 수산화인회석과 결합합니다.

라미닌(Laminin)

• 라미닌은 기저막의 주요한 당단백질 성분입니다.
• 기저막 양쪽의 상피 조직 및 결합 조직과 결합하기 위해 양쪽 말단에 인테그린 결합 영역을 가지고 있습니다.
• 라미닌은 상피 세포 또는 내피 세포에서 합성되며 혈액에는 존재하지 않습니다.

파이브로넥틴(Fibronectin)

• 세포 표면의 주요 당단백질 성분입니다.
• 섬유아세포 등에서 합성, 분비된 후 세포 표면에 부착되어 불용성이 됩니다.
• RGD 등의 세포 접착 펩티드 배열을 통해 세포를 ECM에 결합시켜 지지합니다.
• 대부분의 동물 세포의 접착, 신장(stretching), 형태 조절, 주화성에 관여합니다. 초기 발생, 창상 치유, 세포 이동, 분화, 증식, 조직 구축 및 유지, 혈액 응고 촉진, 기질 분해에 관여하는 기질 금속 프로테아제(MMP) 발현 억제에도 관여합니다.

테나신 (Tenascin)

• 발생 초기의 신경, 치아 등의 결합 조직, 생후 결합 조직, 신경, 평활근과 암, 육아종 등의 종양 조직, 염증 또는 창상 치유 중인 조직에서 발현됩니다.
• 혈액에는 존재하지 않습니다.
• 콜라겐과 상호작용하며 TN-X 유전자는 엘러스-단로스 증후군(관절형)의 원인 유전자입니다.

비트로넥틴 (Vitronectin)

• 혈장에 대량 존재합니다.
• 형태 형성에 관여하며 거의 모든 동물 세포에 대하여 세포 접착, 신장, 이동, 발생과 관련 있습니다.
• 보체 C5b-7과 결합해 보체 C9의 활성을 억제하여 보체 의존성 세포 용해 작용을 조절합니다.
• 혈액 응고 조절에 관여하여 트롬빈-안티트롬빈 Ⅲ 복합체와 상호 작용합니다.

트롬보스폰딘 (Thrombospondin)

• 태아의 심장, 근육, 뼈, 뇌에서 강하게 발현되며, 생후에는 제한된 조직에서만 발현되지만, 조직 장애나 염증 시 성인 조직에서도 발현될 수 있습니다.
• 콜라겐이나 라미닌 등의 모든 ECM 분자와 상호 작용합니다.
• 트롬보스폰딘5（Tsp5) 는 연골올리고머 기질단백질(cartilage oligomeric matrix protein, COMP)로 연골세포에서 생성되어 연골세포 주위에 존재하며, Tsp5 유전자의 변이는 저신장과 다발성골단이형성증과 관련됩니다.

엔탁틴 (Entactin, 니도젠-1, nidogen-1)

• 기저막 배열에 중요한 역할을 합니다.

세포외기질 성분의 수용체

인테그린 (Integrin)

• 세포외기질 성분의 수용체로 당단백질입니다.
• 세포외기질 물질이 인테그린과 결합하면 세포 내로 신호가 전달됩니다.
• 세포 밖에 도메인이 있고 그 끝에 세포외기질 결합 부위가 존재하며 세포막을 뚫고 세포질 일부까지 위치합니다.
• α, β subunit dimer를 형성해야 수용체로서의 역할을 합니다.
• 인테그린은 α subunit과 β subunit이 만나 dimer를 형성하며, 각 종류에 따라 위치, 구성, 기능에 차이가 있습니다.
• β subunit은 세포질 내에서 cytoskeleton을 형성하는 여러 단백질과 연결됩니다.

디스코이딘 도메인 수용체 (DDR, Discoidin Domain Receptor)

• Tyrosine kinase 활성을 가지는 수용체입니다. 세포 바깥에서 콜라겐 나선 영역이 결합하면 세포 안의 도메인에서 Tyrosine의 인산화가 일어나 각종 신호 전달이 일어납니다.
• 콜라겐 나선 영역을 인식하고 결합합니다.
• DDR1, DDR2 활성화는 MMP의 발현을 항진시켜 ECM 분해를 유도합니다.
• 세포 발생, 분화, 장기 섬유화, 암세포 침투 및 전이에 중요한 역할을 합니다.

CD44

• 세포 내에서 효소 활성이 없습니다.
• 히알루론산 수용체로 히알루론산과의 결합은 염증 또는 백혈구의 귀소(Homing)에 관여합니다.
• 오스테오폰틴, 파이브로넥틴, 콜라겐과 같은 다른 ECM 분자들과도 결합합니다.
• 황산헤파린 또는 황산콘드로이틴과 결합하여 프로테오글리칸이 되기도 합니다.

세포외기질 성분의 분해

• 세포외기질은 합성과 분해가 균형을 이루어야 합니다.
• 섬유아세포 등은 세포외기질을 합성할 뿐 아니라 분해 효소도 합성합니다.
• 염증이나 암 등의 질병 상태에서 세포외기질을 분해하는 효소가 과다 분비되어 결합 조직이 약해지는 원인이 됩니다.

세포외기질 단백질 분해 효소

MMP (Matrix Metalloproteinase, 기질금속단백질 분해효소)

• 활성 부위에 Zn2+ 등의 금속 이온이 위치한 단백질 분해 효소입니다.
• 중성 pH에서 작용합니다.
• 기질 특이성은 있지만 아주 specific 하지는 않아 여러 기질을 대상으로 합니다.

ADAM (A Disintegrin And Metalloproteinase)

ADAMTS (A Disintegrin-like and Metalloproteinase with Thrombospondin motifs)

• 탐식 기능을 동반하는 세포 내 용해소체 효소(lysosomal enzyme)에 의한 분해가 발생합니다.
• 라이소좀 효소는 주로 산성 pH에서 작용하여 콜라겐, ECM 성분 등을 분해합니다.
• 특히, 파골세포에 의한 뼈 흡수 과정에서 카텝신 K에 의한 골기질 단백질 분해가 일어납니다.

MMP에 의한 ECM 단백질 분해

• MMP는 여러 종류가 있으며 크게 분비형 MMP와 막형 MMP로 나뉩니다.
• 분비형 MMP는 세포에서 합성되어 바깥으로 분비됩니다.
• 막형 MMP는 세포막에 붙어 있습니다.

간질 콜라겐 분해효소(MMP-1)

• 삼중나선구조의 콜라겐 분자를 N-말단에서 대략 3/4 부위를 절단하는 유일한 효소입니다.

호중구 콜라겐 분해효소(MMP-8)

• 면역 반응 시에 호중구가 분비합니다.

젤라틴 분해효소(MMP-2, MMP-9)

• 간질 콜라겐분해효소로 분해된 후 변성된 콜라겐 단편(젤라틴)을 더욱 분해하여 저분자화합니다.
• 암세포의 전이와 연관되어 있습니다.

스트로멜라이신(MMP-3, MMP-10)

• 프로테오글리칸의 핵심단백질을 분해합니다.

금속성 엘라스틴 분해효소(MMP-12)

• 엘라스틴을 기질로 하지만, 대식세포가 생성하는 MMP-12는 세린 단백질 분해효소인 호중구 엘라스틴 분해효소와는 다릅니다.

에나멜라이신(MMP-20)

• 에나멜질 형성 시에 관여합니다.

ADAMTS-4, -5

• 아그리칸 등 히알루론산과 복합체를 형성하는 대형 프로테오글리칸의 핵심단백질을 분해합니다.

MMP에 의한 ECM 단백질 분해 조절

• 염증, 조직 복구에 관여하는 사이토카인, 성장 인자 등이 섬유아세포 증식을 자극하여 섬유아세포의 MMP 생성을 증가시키면 조직 파괴가 지속되어 만성 염증으로 진행될 수 있습니다.

불활성화 MMP의 활성화에 의한 조절

• 체내에서 MMP는 대부분 불활성 전구체 형태(pro-MMP)로 분비됩니다.
• 활성 물질(activator)로 총칭되는 Protease가 pro-MMP를 활성화합니다. 활성형 MMP가 또 다른 pro-MMP를 활성화하여 자신을 활성화하기도 합니다.
• 막형 MMP(MT-MMP)가 pro-MMP를 활성화할 수도 있습니다.

내인성 억제 물질

• 과도한 분해 방지 -> 질병 상태로 갈 수 있다.
• 조직 유래 물질인 TIMP(Tissue Inhibitor of Metalloproteinase)가 활성형 MMP와 1:1 복합체를 형성하여 MMP 효소 활성을 억제합니다. ADAM 및 ADAMTS도 이를 억제합니다.
• 혈장 유래 물질인 a2-macroglobulin은 거의 모든 종류의 Protease를 저해하고, a1-protease inhibitor는 호중구 엘라스틴 분해효소를 억제하며, a1-antichymotrypsin은 카텝신 G에 강하게 작용합니다.

Serine/Cysteine protease에 의한 ECM 단백질 분해

• 세린 단백질 분해 효소
  • 활성 부위에 세린 잔기를 포함
• 플라스민 (Plasmin)
  • 불활성화 형태인 Plasminogen이 uPA, tPA에 의해 활성화된 것
  • 피브린(fibrin)과 같은 혈전을 용해
  • ECM의 라미닌, 파이브로넥틴, 트롬보스폰딘 등을 직접 분해하거나 MMP 활성화를 통해 간접적으로 분해한다.
  • 플라스민 억제물질(plasmin inhibitor)에 의해 비가역적으로 활성이 저해됩니다.
• 호중구 엘라스틴 분해효소(Neutrophil elastase)
  • 엘라스틴 분해 효소, 호중구의 리소좀(lysosome)에 축적됩니다.
  • 엘라스틴, 파이브로넥틴, 프로테오글리칸의 핵심단백질, 콜라겐의 가교영역 등의 ECM 성분 분해
  • 기질 특이성이 낮습니다.
  • pro-MMP -2, -3, -9 활성화

카텝신 (Cathepsin)

• 리소좀에 들어있는 산성 가수 분해 효소로 콜라겐을 주로 분해합니다.

카텝신 G

• 호중구나 단핵구의 리소좀 내에 존재합니다.
• Ⅰ, Ⅱ형 콜라겐, 파이브로넥틴, 아그리칸, 엘라스틴 등을 분해합니다.
• pro-MMP -2, -3, -9 활성화합니다.

카텝신 K

• 파골세포가 생산하는 시스테인 단백질 분해 효소
• 최적 pH는 5.5입니다.
• 산성 환경 하에서 골기질 성분인 I형 콜라겐을 강력하게 분해합니다.
• 농축이골증(pyknodysostosis)는 카텝신 K 유전자의 변이에 의해 발병*

당아미노글리칸 (Glycosaminoglycan, GAG)의 분해

• GAG의 당 사슬 분해에 관여하는 효소

엔도글리코시다제 (Endoglycosidase)

• 다당 사슬 내부의 glycoside bond 파괴
  • 예) Hyaluronidase(히알루로니데아스)

엑소글리코시다제 (Exoglycosidase)

• 당 사슬의 비환원 말단에 작용합니다.
  • 예) β-glucuronidase(글루쿠로니데이스)

설파타제 (Sulfatase)

• 당의 황산기에 작용합니다.
  • 예) N-아세틸갈락토사민-6 설파타제

뮤코다당증 (Mucopolysaccharidoses)

• 유전적 이상으로 Lysosomal hydrolases의 결핍으로 GAG가 조직에 축적, 소변으로 다량 배설되고, 골격, ECM 이상으로 뼈나 치아 등의 이상, 지능 장애를 유발합니다.

상피 조직

• 세포들이 한 층 또는 여러 층으로 이루어져 있습니다.
• 기능에 따라 보호상피, 분비상피, 흡수상피로 나뉩니다.
• 보호상피는 손톱, 모발 등의 부속기관을 수반한 피부이며 구강점막, 치은상피도 보호상피에 해당합니다.
• 결합조직을 덮지만, 기저막에 의해 구분됩니다.
• 자체 혈관이 없어 인접하는 결합조직의 혈관을 통해 영양소와 물질을 공급받고 배출합니다.
• 기저층의 상피세포는 가장 외측의 각화세포(Keratinocyte)를 대체하기 위해 분열합니다.

세포 연접

• 세포와 세포가 연결되는 부위
• 상피 세포 사이에는 공간이 좁아 다양한 연접 형태가 나타납니다.

Tight junction (폐쇄 연접)

• 세포 사이 이물질 침입 방지
• 세포 - 세포 사이 이물질 침입 방지로 gap 생성을 막습니다.

Gap junction (교통 연접)

• 세포 - 세포 간의 소통 통로
• 세포 간 수용성 물질 이동이 가능하여 정보 교환이 가능합니다.

Desmosome (부착반점)

Adherens junction (부착 연접)

• 세포와 액틴 필라멘트로 연결

Hemidesmosome (반부착반점)

• 세포-기저막을 연결

케라틴

• 상피세포 내에 존재하는 세포골격인 중간 필라멘트(Intermediate filament)의 일종입니다.
• 세포 내에 존재하는 구조 단백질로 사람 상피에는 30종류 이상 존재합니다.
• 치밀하고 비교적 비투과성인 층을 형성하여 물리화학적, 미생물적 침습을 강하게 방어합니다.

케라틴의 분자 구조

• 나선 개시 모티프 (HIM, helix initiation motif) 케라틴 구조 형성에서 매우 중요하며 모든 케라틴 분자 간 높은 상동성을 보입니다. 한쪽 끝에는 HIM, 다른 끝에는 HTM(나선 종료 모티프, helix termination motif)이 있습니다. HIM이나 HTM에 점돌연변이 (Point Mutation)가 일어나면 백색 해면상 모반 등의 질병이 발생할 수 있습니다.

케라틴 필라멘트

• Ⅰ형과 Ⅱ형 케라틴 분자가 평행하게 늘어선 α 나선 부분이 서로 감겨 이종이량체를 형성
• 두 개의 이종이량체가 역방향으로 늘어서서 이종사량체를 형성, Filament 구축
• α-케라틴은 나선 구조, β-케라틴은 병풍 구조를 기본으로 합니다.
• 인간은 α-케라틴

각질화 (Keratinization, Cornification)

• 각질 세포가 기저층에서 단백질로 채워진 최종 분화되고 경화된 세포로 진행될 때 겪는 세포분화 과정입니다.
• 각질층은 구조/기능적으로 독특한 케라틴 포함 표면층으로 외부로부터 보호합니다.
• 치은상피(바깥쪽)는 각화되지만, 치은열구상피나 치조점막상피는 각화하지 않습니다.

케라틴 관련 질환

• HIM 또는 HTM에 점돌연변이가 일어나 질병이 발생할 수 있습니다.
• 백색해면상모반 (white sponge nevus)은 Keratin 4 혹은 Keratin 13 유전자들의 점돌연변이가 초래하는 상염색체 우성 질환입니다. 구강 점막 각질의 결핍을 초래합니다.

세포 접착 단백질은 세포외기질(ECM)의 구성 요소인 당단백질입니다. 인테그린 수용체에 결합하여 세포가 ECM에 부착되도록 하고, 콜라겐과 상호 작용합니다. RGD 시퀀스를 통해 인테그린과 결합하며, GAG 및 콜라겐 결합 영역을 통해 ECM과 상호 작용합니다.