세포 내에서 단백질 접힘 오류와 질병의 원리는?
질병 중 알츠하이머 같은 질병들이 단백질 접힘이 문제라고 합니다. 접힘 오류가 세포를 어떠한 식으로 망가뜨리게 되는 것인지 궁금합니다.
단백질 접힘 오류는 변형된 단백질들이 서로 엉겨 붙어 독성 응집체를 형성함으로써 세포의 정상적인 대사 기능을 물리적으로 마비시키고 사멸을 유도합니다. 본래 특정한 입체 구조를 가져야 할 단백질이 잘못 접히면 소수성 부위가 노출되어 끈적한 덩어리인 아밀로이드 섬유 등을 만드는데 이들이 세포막을 뚫거나 세포 내 물질 수송을 방해하고 노폐물 처리 공장인 프로테아좀의 과부하를 일으킵니다. 결국 처리가 불가능해진 불량 단백질의 축적은 세포 소기관인 소포체에 극심한 스트레스를 유발하여 세포가 스스로 생명을 끊는 자가 사멸 신호를 켜게 만듦으로써 신경 세포가 영구적으로 파괴되는 것입니다.
잘못 접힌 단백질은 물을 싫어하는 성질을 겉으로 드러내며 서로 끈적하게 달라붙어 독성 응집체인 아밀로이드 덩어리를 형성합니다.
이 덩어리들은 세포막에 구멍을 내어 이온 균형을 무너트리고, 세포 내 에너지 공장인 미토콘드리아를 공격해 에너지 생산을 방해하게 됩니다. 또한, 세포의 쓰레기 처리 시스템을 마비시켜 독성 물질이 계속 쌓이게 만듭니다.
결국 결국 신경세포는 통신 기능을 잃고 파괴되며 뇌 조직이 손상되는 것입니다.
결국 비정상적인 단백질 찌꺼기가 세포의 정상적인 대사를 방해하고 물리적으로 파괴하는 것입니다.
안녕하세요.
네, 질문해주신 것과 같이 알츠하이머와 같은 퇴행성 뇌질환의 원인은 단백질 접힘상의 오류로 인한 것입니다. 단백질은 아미노산 서열만으로 기능하는 물질이 아니라, 정확한 3차원 구조를 형성했을 때만 기능하는 분자인데요, 세포 내에서 합성된 단백질은 샤페론이라는 보조 단백질의 도움을 받아 열역학적으로 가장 안정한 구조로 접힙니다. 이 구조는 효소 활성 부위의 형성, 수용체 결합, 신호 전달 등 모든 생물학적 기능의 전제 조건입니다. 따라서 접힘이 틀어지면 단백질은 작동 불능 상태가 되는 것에서 끝나지 않고, 세포에 해로운 새로운 성질을 띠게 됩니다.
접힘 오류가 세포를 망가뜨리는 방식은 비정상 단백질의 응집체를 형성하는 것입니다. 잘못 접힌 단백질은 내부에 숨겨져 있어야 할 소수성 아미노산 잔기가 바깥으로 노출되는데요 이 소수성 표면끼리는 서로 강하게 끌어당기기 때문에, 단백질들이 서로 뭉쳐 올리고머, 섬유, 플라크 형태의 응집체를 형성합니다. 알츠하이머병에서 관찰되는 β-아밀로이드 플라크와 타우 단백질의 신경섬유 엉킴이 바로 이러한 결과입니다. 또한 이 응집체들이 세포 기능을 직접적으로 방해하는데요, 응집된 단백질은 세포막에 삽입되어 이온 통로를 비정상적으로 형성하거나, 미토콘드리아 기능을 저해하여 ATP 생산을 감소시키고, 시냅스 전달을 방해합니다. 특히 신경세포는 에너지 요구량이 크고 재생 능력이 매우 낮기 때문에, 이러한 교란에 극히 취약합니다. 감사합니다.