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세포 막 구성의 미스터리: 리피드 래프트(지질 뗏목)의 조성, 조절, 역할
세포 막 구성의 미스터리: 리피드 래프트(지질 뗏목)의 조성, 조절, 역할 저자 서대하 (DGIST 신물질과학전공, 작은 실험실)
등록일 2018.11.27
자료번호 BRIC VIEW 2018-R30
조회 1090  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
요약문
세포 원형질막은 생화학적 성질 및 조성이 다른, 작은 크기의 구분된 영역들이 불균일하게 섞여있는 구조이다. 최근, 원형질막의 불균질성에 대해 많은 연구가 이루어지고 있고, 특히 구획된 영역들에 대한 물리-화학적 성질 및 이들의 생리학적인 역할에 대해 이해하려는 노력이 다양한 방법으로 이루어지고 있다. 일반적으로 리피드 래프트 가설(lipid raft hypothesis, i.e. 지질 뗏목 가설)을 통해 다양한 관찰을 해석하고 설명하는데, 이에 따르면, 리피드 래프트는 세포막에 존재하는 콜레스테롤과 포화 지질로 인해 구분되어 모여 정렬된 영역이며, 세포막에서의 다양한 신호전달, 단백질 분류, 막 수송 등에 중요한 역할을 한다. 본 리뷰에서는 최근 개발되고 있는 생화학적인, 생물리학적인 최신 도구 및 기술을 이용한 결과를 살펴봄으로써, 리피드 래프트의 메커니즘과 생물학적 타당성에 대해 살펴보고자 한다.
키워드: 리피드 래프트(lipid raft), 세포막 구성(membrane organization)
분야: Cell_Biology
본 자료는 The mystery of membrane organization: composition, regulation and roles of lipid rafts. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 18, 361–374 (2017).의 논문을 한글로 번역, 요약한 자료입니다.

목차

1. 서론
2. 리피드 래프트의 연구 방법
 ㆍ생화학적 도구
 ㆍ생물리학적 도구
 ㆍ현미경 및 분광학적 분석 도구
 ㆍ형광 탐침
 ㆍ분자동역학 시뮬레이션
3. 리피드 래프트의 구성요소
4. 도메인 조절의 메커니즘
  ㆍ지질-지질, 지질-단백질 상호작용
  ㆍ소수성 맞춤
  ㆍ외피 액틴 세포골격
5. 리피드 래프트의 생리학적 기능
  ㆍ면역 신호
  ㆍ숙주-병원체 상호작용
  ㆍ암
  ㆍ심혈관 질병
6. 결론과 전망


1. 서론

리피드 래프트(lipid raft, 지질 뗏목으로 번역. 학계에서는 보통 원어를 그대로 사용함.)는 세포의 원형질 막을 이루고 있는 인지질 이중층(lipid bilayer)의 조성이 다른 영역을 말하는데, 그 조성의 공간적인 불균질성(heterogeneity)을 통해 신호 전달에 중요한 역할을 하고 있는, 세포막에서의 소기관으로까지 논의되고 있으며, 나아가 세포 신호를 조절하거나 때로는 질병 발생의 원인이 되기도 한다. 세포막이 계면활성제 용성(detergentlabile)과 계면활성제 불용성(detergent-resistant, 또는 세제 내성)의 비율이 존재한다는 발견 이후, Singer와 Nicolson에 의해 Fluid mosaic model(유체 모자이크 모델)이 제안되고, 그 이후 많은 세포막에서 비롯된 신호 전달 과정이 세포막의 서브마이크론 크기의 측면 이질성으로 설명되고 있다.

유체 모자이크 모델에 따르면 세포막의 구성 성분인 인지질은 분자간 상호 작용이 크지 않아 측면 확산(lateral diffusion)이 빠르고 유동성이 크다. 막 단백질(membrane protein)은 일반적으로 외부신호물질을 수용하는 수용체(receptor)이며, 시간에 대한 수용체의 위치는 통계적으로 무질서한 분산성(diffusivity)을 보이는 브라운 운동(Brownian motion)을 한다. 이 때, 신호 전달물질들이 유동성이 큰 원형질막에 제멋대로 위치한다면, 본질적 잡음(noise)에 의해 효율성이 매우 떨어진다. 따라서 세포는 수용체 단백질들을 시공간적으로(spatiotemporally) 일정한 위치에 모일 수 있도록 배열하거나, 정량적으로(quantitatively) 조절할 수 있는 신호전달 체계를 구축하고 있는데, 측면 확산이 자유롭고 빠른 인지질(phospholipid)에 비해 확산이 느린 뗏목(raft)을 통해 이를 구현한다.

래프트의 세포막 신호 전달에서의 중요성에도 불구하고, 세포막의 작은 크기의 도메인에 대해서는 여러 가지 기술적인 문제들 때문에 그 연구가 미진한데, 본 리뷰에서는 래프트를 일시적이고(transient), 상태적으로 배열된(relatively ordered) 세포막의 영역으로 정의하고, 리피드-리피드, 그리고 리피드-단백질 사이의 상호작용에 의해 형성된다는 내용을 전제로 최근의 동향에 대해 기술하고자 한다. 나아가 최근 개발된 기술로 관찰된 결과를 소개하고 그 생물학적, 생리학적 의의를 논의하고자 하다. 특히, 현재 이해하고 있는 래프트의 형성과 유지를 위한 메커니즘에 집중하며, 다양한 분야에서 해결해야 할 문제들에 대해서 기술하고자 한다 (그림 1).

2. 리피드 래프트의 연구 방법

ㆍ생화학적 도구

막 단백질의 측면 불균질성의 첫번째 관찰 증거는 1970년대 이루어진 계면활성제에 대한 상이한 용해성, 계면활성제 용해성 막(DSMs, detergent-soluble membranes) 또는 계면활성제 불용성 막(DRMs, detergent-resistant membranes)의 존재이다. 이런 생화학적 성질의 차이를 통해, 서로 다른 막 단백질을 비교적 명확하게 분리해 낼 수 있다. 예를 들어 DRMs의 경우 콜레스테롤(cholesterol), 스필고지질(sphingolipid), 당지질(glycolipid, glycosylphosphatidylinositol) 및 당지질-결합 단백질로 이루어져 있고, 낮은 밀도를 가지고 있어서 원심 분리를 이용, 분리 및 정제할 수 있다. 그럼에도 불구하고 이런 앙상블(ensemble average) 수치는 실제 세포막 조성에 대한 정보를 보여주기에 한계가 있으며, 용해도가 온도나 계면활성제의 농도 등의 변수에 민감하여 재현성이 떨어진다 (본문에서는 연구자마다 서로 상이한 실험결과가 보고되기도 한다.). 따라서 이러한 생화학적 분석 도구만으로 본래 분자의 성질이나 생화학적, 생물리학적 조성 및 배열에 대한 정보를 얻기 위해서는 보다 정확하고 일관된 분석방법이 필요하다.

ㆍ생물리학적 도구

살아있는 세포에서 생화학적 도구로 DRM을 분석하는 방법과 동시에, 인공적으로 만들어낸 모델을 이용해 리피드 래프트를 형성하는 물리학적 이론을 연구하려는 방법이 발달되고 있다. 원형질막은 일반적으로 녹는점이 높은 상대적으로 포화된(saturated) 지질과 녹는점이 낮은 불포화 지질로 이루어져 있는데, 콜레스테롤이 둘 지질을 공간적으로 분리하는 것으로 관찰되었다. 결과적으로 i) 포화 지질과 콜레스테롤의 조성이 높아 상대적으로 충전되고(packed) 정렬된(ordered) 액체상(Lo)과, ii) 불포화 지질로 이루어져서 보다 유동적이고 비정렬된(disordered) 액체상(Ld)으로 상의 분리가 일어나며, 이 중에서 Lo는 그 견고한 분자간 결합으로 인해 리피드 래프트의 모델로 생각할 수 있다. 이를 이용해 다양한 형태의 인공 불균질막 모델 구조를 제조-연구하고 있고, 생체모방 단일층 지질, supported lipid bilayer (2차원 인지질 이중층), nanoscopic bilayer vesicle (또는 small lamellar vesicles, SLVs), giant unilamellar vesicle (GUVs) 등의 형태로 사용되기도 한다. 하지만 이러한 연구 방식에도 한계가 있는데, 인공적으로 만든 지질층의 경우 단백질의 포함하지 않아서(실제 세포의 경우에는 단면적의 25% 이상의 단백질이 유영하고 있다.) 실제 세포막을 구현했다고 보기 어려우며, 이러한 단백질의 결핍으로 인해, 실제 세포막에서 나타나는 현상을 대표하기 어려운 몇 가지 결과들(단백질이 관여된 극단적인 정렬된 구조 등)이 관찰되었다. 최근에는 이를 해결하기 위해 실제 세포에서 유래된 원형질막 -giant plasma membrane vesicles (GPMVs)- 을 사용하기도 한다.

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그림 1. 세포막의 불균질성의 모식도(왼쪽) 및 불균질성에 의한 단일 분자 분산도의 변화(오른쪽). 리피드 래프트는 작은 크기의(수백 나노미터), 유동적인으로 변화하는 세포막의 리피드 구조체이고, 포화인지질, 시핑고리피드, 클리코리피드, 콜레스테롤, 리피트가 기능화된 단백질 및, GPI가 기능화된 단백질 등으로 이루어져있다. 이렇게 형성된 리피드 래프트는 보다 충전되고(packed) 정렬되어 있으며(ordered), 분산을 위한 유동성이 떨어진다. 따라서 다양한 단백질이 리피드 래프트에서 응집, 활성화되며, 세포골격으로 안정화되고 리모델링되기도 한다. 실제 단일 분자의 분산도를 측정하면 오른쪽 모식도에서와 같이 리피드 래프트에 존재하는 분자는(리피드 분자 및 단백질) 그 분산도가 낮고 confined 분산의 결과를 보이기도 한다.

ㆍ현미경 및 분광학적 분석 도구

세포에서, 리피트 래프트는 대략 수백-나노미터 수준으로 예상되어(< 200 nm) 공초점 현미경 등의 광학 현미경의 회절 한계(250 nm)를 벗어나 있어 그 실체를 직접 관찰하거나 분자의 표적을 통한 이미징이 어렵다. 최근 최근 초고해상도 현미경(super-resolution microscopy)이 발달하고, 다양한 계산·분석 및 이미징 처리 기술이 개발되면서, 나노미터 수준의 이미징이 가능해 졌고, 일부 상용화되면서-(초고해상도 형광 현미경은 여러 종류가 있는 데 단일형광분자의 관찰을 기반으로 하는 방법(STORM/PALM, STochastic Optical Reconstruction Microscopy/Photo-Activated Localization Microscopy)과 유도 방출을 이용하는 방법 (STED; STimulated Emission Depletion Microscopy), 그리고 광원 의 패턴 조사를 이용하는 방법(SIM; Structured Illumination Microscopy) 등을 들 수 있다.)- 리피드에 의해 만들어진 단백질의 군집(clustering)을 관찰할 수 있었다.

또한 단일 분자를 추적(SPT; single particle tracking)할 수 있을 정도로 시간 분해능이 좋아져서 단일 막 단백질의 움직임을 관찰, 분산 계수의 측정함으로써 막단백질 간의 상호작용, 일시적인 휴지, 도메인의 이동, 제한 분산 및 도메인간 이동 등의 다양한 동적 거동을 관찰할 수 있다 (그림 1. 오른쪽) 최근에는 간섭 산란 현미경(interferometric scattering microscopy, iSCAT)이STP와 결합되어 20 nm 도메인의 모델 구조를 관찰하기도 했으며, 형광 상관 분광법(FCS, fluorescence correlation spectroscopy)이 기존의 초분해능 현미경과 결합되어, 높은 공간 분해능으로 리피트 래프트를 관찰하는데 성공한 사례가 보고되었다.

그 외, Förster resonance energy transfer (FRET) 또한 수 nm 수준의 분자 거리를 측정함으로써 강력한 리피드 래프트의 구조와 조성을 유추할 수 있는 도구이며, 비표시 방식을 통한 분석방법(형광 분자나 나노입자 등을 표식하지 않는)으로, 질량 분광법(mass spectroscopy), 라만 분광법(Raman spectroscopy 및 라만 현미경)도 사용되어 탐침 물질(probe materials)에서 나타날 수 있는 잠재적인 교란을 최소화하는 방법이 보고되었다.

ㆍ형광 탐침

앞서 언급한 초분해능 현미경이나 일반적인 형광 현미경을 이용해 리피드 래프트를 연구하기 위해서는 형광 탐침(probe)의 도입이 필요하며, 이때 탐침을 선택하는데 다음과 같은 세 가지 조건이 필요하다. 첫째, 기존의 리피드 및 리피트 래프트의 물리 화학적 성질 -조성, 구조, 분산 속도 등-의 교란이 없어야 하고, 둘 째, 래프트(또는 반대의) 도메인에 특이적으로 결합을 유도할 수 있어야 하며, 셋째, 광물리적 성질이 좋아야 한다. 이를 위해 일반적으로 구매 가능한 형광물질(i.e. cyanine) 및 형광물질이 기능화 되어 있는 지질을 이용하기도하고, 탄소사실보다 머리 부분(head group)에 형광 분자를 기능화 하기도 한다.

지질 도메인들의 물리화학적 성질의 차이는 그들의 공간적 밀도에 기인한 것인데, 이러한 밀도 차이에 의한 수화(hydration)의 차이에 따라 광학적 성질이 달라지는 형광 탐침을 이용하면, 선택적인 도메인의 구분은 물론이고, 각각 도메인의 환경을 관찰할 수 있고, 나아가 환경 변화를 실시간으로 관측할 수도 있다. Laurdan이라는 물질이 대표적인 예인데, 최근 고분해능 현미경 및 분광학, 에너지 전이 등의 기술과 결합되어 연구되고 있고, 향후에는 중요한 발전이 기대된다.

ㆍ분자동역학 시뮬레이션

다양하게 얽혀져 있는 막을 이루는 많은 분자(지질, 단백질 및 그 이외 분자들을 포함)사이의 상호작용이 어떻게 세포막 조직을 결정하게 되는지 이해하는 것은 현실적으로 매우 어려운 일인데, 가상 환경에서의 계산 연구는(in silico, 구조 및 에너지 정보를 통한) 실험적인 연구와 상호 보완적인 기술로써 관찰 결과를 예측하고 해석하는데 큰 도움을 줄 수 있다. 이러한 계산 연구는 다수의 분자의 거동을 원자 수준 공간 분해능(spatial resolution)과 나노-마이크로초 수준의 시간 분해능(temporal resolution)으로, 오랜 시간 동안의 결과를 시각화 해 줄 수 있기 때문에, 광학 현미경에서 관찰이 어려웠던 현상을 예측하는데 유용하고, 종종 컴퓨터 현미경(computational microscope)으로 불리기도 한다. 이러한 시뮬레이션 연구는 리피드-리피드, 리피드-단백질 상호작용 및 복잡한 막 구조를 연구하는데 아주 성공적으로 사용되어오고 있고, 이런 노력들이 복잡한 세포막 구성 요소들이 어떻게 조합되고 배열되어서 기능을 가지는 기질이 되는지에 대한 분자수준의 이해에 큰 도움이 되고 있다. 하지만, 아주 복잡한 계에서는 그 시공간적인 결과가 실제 측정된 결과와 정확히 일치하지는 않는 경우도 있어서 여전히 한계가 있고, 관찰을 통한 실험 결과와 보완적인 연구가 필요하다.

3. 리피드 래프트의 구성요소

리피드의 물리적 성질(수명, 크기, 공간적 범위)을 각각 구분해서 이해하면서 리피트 래프트의 본질을 이해하는 것은 쉽지 않다. 계산 연구(일반적으로 많은 연구자들이 동의하는 근사 및 직관적인 가정을 기반으로 하는)에서는 세포막 분자의 시공간적 도메인 형성(구획화, spatial and temporal compartmentalization)이 세포막의 기능에 결정적인 영향을 미치는 것으로 보고되었지만, 실제 살아있는 세포에서 일어나는 변화는 다음과 같은 이유로 관찰 결과의 해석이 매우 어렵다. 1) 그 공간적인 크기와 시간적 길이가 매우 작아서 직접적인 관찰이 어려우며, 2) 실제 일어나는 레프트 유사 도메인의 크기와 수명이 시간에 따라 변화하는 영역이 매우 복잡하고, 3) 모델로 알려진 리피드 레프트의 비정렬된 액체상(Ld)의 단순한 구획과는 다르게 정렬된 유사레프트의 구조가 넓게 확장되어 있는 것이 발견되었다.

리피트 래프트 모델에서 래프트의 형성은 스핑고리피드(shphingolipid)와 콜레스테롤(cholesterol)의 수소결합(hedrogen bond, 결합이라고 명명되어 있지만 분자간 인력으로 간주)을 통한 우선적인 상호 작용이 주된 메커니즘인데, 스핑고리피드는 DRM과 리피드 정렬 구조의 매우 중요한 요소라는 점에서 일관성이 있다. 콜레스테롤의 경우, 관찰 실험 및 이론적인 계산 결과에서 두 도메인 모두에서 아주 풍부하게 관찰되기 때문에, 콜레스테롤을 통해 더 정렬되고 덜 정렬된(more- and less-ordered) 구획이 나누어 진다고 단정하기는 어려우며 이것은 콜레스테롤과 상호작용하는 갱글리오사이드 리피트(ganglioside lipids)의 경우도 마찬가지이다.

리피트(또는 리피드 유사구조, lipid-like)가 결합되어있는 막 단백질은 유사래프트 세포막 도메인에 연결되어 있는데, 사실 35 %의 막 단백질이 GPMV에서 정렬된 도메인에 위치하고 있다고 알려져 있다. 이런 친래프트(raftophilic) 단백질은 GPI (Glycosylphosphatidylinositol)가 부착된(anchored) 단백질이거나 팔미트산이 기능화된(palmitoylated) 단백질인 경우가 많지만, 많은 경우(~33 %) 친래프트 단백질은 GPI 또는 팔미트산이 기능화되어 있지 않아서, 아직도 래프트 유사도메인에 막 단백질이 공간적으로 모여있는 원인은 밝혀져 있지 않다.

최근 밝혀진 바에 따르면 단백질의 활성화를 위한 회합(oligomerization)이 친래프트 성질과 연관이 있다는 보고가 있으며, 단백질의 막관통 영역(transmembrane domain)의 길이와 친래프트 성질에도 상관관계가 있다는 실험적 증거가 발견되었다.

4. 도메인 조절의 메커니즘

ㆍ리피트-리피트, 리피트-단백질 상호작용

전통적인 리피드 래프트 모델에서는 스핑고리피드와 콜레스테롤 및 갱글리오사이드 리피트 등의 상호작용이 주된 래프트의 형성메커니즘으로 생각되고 있지만, 래프트 도메인의 형성과 그 특성을 조절하는 분자들 간의 상호작용을 연구하고 측정하는 것은 어려운 점이 많다. 이를 해결하기 위한 다양한 시도 중에, GPMV에서 유래된 거대 유사래프트 도메인(macroscopic raft-like domain)에서 일어나는 열역학적 상변화*를 조절하는 요소 및 조성의 특이점(critical point)을 연구하기도 한다 (*원문에서는 온도를 조절하는 요소로 기술되나 오해의 소지가 있다 판단되어 의역함). 다양한 예가 있지만, 리피드-리피트 상호작용은 매우 중요하며, 특히 사슬의 길이가 매우 긴 탄화수소 유기산(e.g. docosahexaenoic acid)이 등은 다양한 생물학적 변화(예를 들어, epithelial-mesenchymal transition, EMT)에 큰 영향을 미치는 것이 보고되고 있다.

리피드 조성이 래프트 도메인을 조절하는 것에 매우 큰 영향을 미치는데, 특히 단백질과 리피드의 상호작용은 아주 중요한 요소이다. 예를 들어, HIV glycoprotein gp41 단백질은 콜레스테롤 결합부위를 가지고 있고, 이 결합 부위는 세포막에서의 분포를 결정적으로 조절하는 역할을 한다. Glycosphingolipid, sphingomyelin과 선택적으로 결합하는 단백질의 경우에도 유사래프트 원형질막 도메인에 분포되는 것으로 관찰되었으며, 단백질 자체에서 일어나는 팔미드산화 반응(palmitoylation)은 리피트 형성 및 구획에 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다. 즉, 긴 탄소사슬을 형성하는 단백질의 화학 반응 결과가 i) 단백질의 공간적인 위치를 결정하며, 나아가 ii) 단백질 자체가 리피트 래프트의 형성에 기여한다고 판단할 수 있다.

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그림 2. 리피드와 콜레트레롤 사이의 수소결합.



ㆍ소수성 맞춤

포유류의 세포막 리피트는 아실기를 함유한 탄화 수소(일반적으로, 12~24개의 탄소로 이루어진)로 이루어져 있고, 각각의 리피트 분자는 이 탄화 수소 길이에 따라 그 성질이 결정된다. 즉, 서로 다른 길이의 리피트 분자는 탄화 수소의 길이에 따라 구획이 결정되며, 나아가 막관통 단백질 부위(transmemebrane domain)의 길이에 따라 단백질의 위치가 결정된다고 볼 수 있다. 이러한 설명은 막단백질의 클러스터링(또는 이합체 등의 단백질 결합 형성)의 설명에도 사용될 수 있는데, 단백질의 아미노산기에서 유래되는 친수성이 함께 작용하여 세포막에서 열역학적으로 가장 안정한 배열 및 상 구분을 예측할 수 있다.

ㆍ외피 액틴 세포 골격

외피 액틴 세포골격은 의심할 여지없는 세포막의 구성 및 역학에 매우 중요한 요소이며, 액틴의 구성에 의한 형태는 분자의 분산 동역학, 거대 분자의 배열 등에 매우 중요한 역할을 한다. 긴 포화 아실 사슬을 가진 내부 리프랫 리피드(inner leaklet lipid)는 액틴, 세포막 리피드(e.g. phosphatidylserine) 및 결합 단백질(adoptor protein)의 상호작용을 통한 액틴의 클러스터에 의해 고정화(immobilized)된다. 이런 고정화는 외부 리프랫(outer leaflet)에 존재하는 긴 아실 사슬을 가진 단백질류(예를 들어, glycosylphosphatidiylinositol (GPI) anchored protein)를 모일 수 있도록 만들어서, 결과적으로 세포 골격(액틴)의 회합으로 인한 외부 리피트의 구획화 및 단백질의 구분이 가능하다 볼 수 있다. 이러한 이론의 증거로, 합성 지지 지질 이중층(synthetic supported membrane bilayer)에서 동적으로 재구성되는 액토마이오신(actomyosin) 네트워크가 리피드의 분리를 유도하는 결과가 보고되었고, 살아있는 세포의 경우에도, 자기조직화되는(self-organizing) 액틴의 구조가 세포막의 환경을 조절하고 있다는 결과가 보고되었다.

5. 리피드 래프트의 생리학적 기능

리피트 래프트에는 다양한 단백질 및 수용체뿐만 아니라 여러 신호전달물질을 지니고 있으면서, 공간적 분포를 조절함으로써 세포 신호의 전달과정에 매우 중요한 역할을 하고 있다. 이를 통해 단백질 및 신호 전달 물질의 공간적 조절이 이루어져, 일부 구획에서의 농도를 높이거나 (의역. 세포 신호 관점에서는 공간적인 구획화를 통해 세포 신호의 노이즈 이상의 신호를 형성하도록), 혹은 친수성-소수성의 조절을 통해 단백질의 구조를 변화시키는 역할을 함으로써 가능하다. 이러한 분자생물학적 기능을 통해 리피트 레프트는 다양한 세포의 기능 및 질병, 세균성 질환 및 감염에 중요한 요소로 작용되고 있다.

ㆍ면역 신호

면역글로불린 E (immunoglobulin E, IgE)가 관련되어 있는 신호는 리피트 레프트와 연관되어있다 발견된 첫 번째 세포 신호이고, 이후 많은 면역 신호가 리피트의 구획과 연관되어 있다는 것이 밝혀지고 있다. 많은 면역 관련 단백질– IgE 수용체, T 세포 또는 B 세포 수용체, 림프구 특이 단백질 티로신인산화효소(LCK, lymphocyte cell-specific protein tyrosine kinase), CD14, CD90 등이 리피트 레프트에 의해 조절된다.

ㆍ숙주-병원체 상호작용

다양한 병원체의 감염 과정도 리피트 래프트가 관여되고 있는데, HIV 바이러스의 경우 CD4, CCR5 등의 수용체와 결합하여 면역 세포에 침투하여 에이즈(AIDS)를 유발하고, 이때 수용체들은 보통 리피트 래프트에 존재한다고 알려져 있다. (본문 언급한 이외의 추가적인 예)뿐만 아니라 다양한 병원체에서 분비하는 톡신(콜레라 톡신 및 O157균의 톡신)은 리피트 래프트에 존재하는 GM1, GM3 등의 지질과 결합하여 세포 내로 함입된다.

ㆍ암 및 종양

많은 종류의 단백질 등이 종양에 연관되어 있으면서 DRM에서 발견된다. MUC1 (mucin1)은 과발현(overexpression)에 의해 암의 형성에 영향을 주며; UPAR (urokinase plasminogen activator surface receptor)는 종양의 조직 내 침습, 이동, 유방암에서의 혈관 생성에 영향을 미치고; RAS 단백질은 유방암발생에 영향을 준다. (본문 언급 이외의 추가적인 예) 뿐만 아니라 EGFR, Erb2, Src, 등의 암 발생과 관련된 수용체 및 신호 전달요소들이 리피드 래프트에 존재하여 생포의 생장을 조절하는데, 이를 이용, 리피트 래프트의 형성을 저해하는 다양한 화합물을 이용한 항암제를 개발하는 약리학적 연구가 존재한다.

ㆍ심혈관 질병

동맥경화(atherosclerosis)는 심혈관질환의 대표적인 원인인데, 포식 세포(macrophase)에 의한 콜레스테롤의 흡수로, 동맥 벽 내면에 축적되는 산화된 저밀도 지질 단백질(oxLDL, oxidized low-density lipoprotein)이 주된 원인으로 알려져 있다. 콜레스테롤의 흡수는 포식 세포를 거품 세포로 변환시키고, 동맥 내 괴사 병반(necrotic lesion)을 유도, 뇌출혈, 심장마비 및 말초 혈관 질환을 유발한다. 이때 oxLDL 수용체가 유사래프트 도메인에 모여짐으로써 포식 세포의 거품세포로의 변화가 래프트에 영향을 받는 것으로 알려져 있다.

6. 결론 및 전망

다양한 증거들을 통해, 세포의 원형질막은 불균일하게 두 가지의 구조 - i)정렬된 구조와, ii) 덜 정렬되어 더 유체에 가까운 구획 - 로 나뉘어져 있음이 밝혀졌다. 이런 불균일성은 수용체 단백질뿐만 아니라 수용체 결합 물질(binding compartment) 등의 전반적인 신호 전달 물질의 결합에 관여한다고 밝혀지고 있고, 신호 전달 과정의 조절에 매우 중요한 역할을 하는 기관으로 해석되고 있다. 이것은 다양한 분자들의 조합, 단백질의 및 콜레스테롤 등의 상의 분리에 의해 리피트 래프트가 형성되고, 신호를 전달하는 단백질들의 공간적인 배열 및 농도가 조절되면서 세포 신호의 노이즈를 조절, 그 역치를 넘기는 유의미한 신호를 증폭하는 데에 매우 중요할 것으로 보여진다.

이들을 이해하고 잘 관찰하기 위해 많은 도구 – 생화학적, 생물리학적, 고분해능 현미경 및 형광 탐침, 동역학 시뮬레이션 - 가 사용되는데, 리피트 래프트는 생각보다 매우 동적인 변화를 (정적인 상태로 존재하는 것이 아닌)동반하고 있어서 정확히 관찰하고 이해하는데 어려운 점이 있다. 이러한 동적 변화는 국부적인 분자들(리피트, 단백질 및 콜레스테롤 등)뿐만 아니라 세포막 내부 요소들(결합 단백질 및 액틴) 및 이웃 세포에서의 분자들의 상호작용이 매우 복잡하게 작용한다는 점에서 그 해석과 계산이 매우 어렵고 복잡하다. 이를 극복하기 위해서는, 리피트 래프트에서의 화학적 조성, 물리적 구성 및 형태, 변화의 동역학 및 생물학적 활성이 동시에 관찰, 연구되어야 하며, 어떻게 도메인의 국지성이 분자의 기능을 조절하는지에 대한 연구가 이루어져야 한다. 이러한 연구는 다양한 분야 및 기술의 발달과 함께 융합적 연구로 이루어져야 할 것이다.

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서대하(2018). 세포 막 구성의 미스터리: 리피드 래프트(지질 뗏목)의 조성, 조절, 역할. BRIC View 2018-R30. Available from http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=3107 (Nov 27, 2018)
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