세포밖 소포체의 세포 생물학에 대한 조명

세포밖 소포체의 세포 생물학에 대한 조명

저자

이재욱 (로제타엑소좀)

등록일

2019.01.17

자료번호

BRIC VIEW 2019-R03

439 KB

요약문

세포밖 소포체(extracellular vesicles)는 세포로부터 유래하는 다양한 종류의 막 구조로서, 엔도좀 시스템(endosomal system)에서 유래하는 엑소좀(exosomes)과 원형질막(plasma membrane)에서 유래하는 마이크로베시클(microvesicles)로 구성된다. 이들은 체액에 존재하며, 다양한 생리적/병리적 과정에 관여한다. 세포밖 소포체는 세포간 정보교환에 있어 새로운 기작이며, 세포들이 단백질, 지질, 유전물질을 교환할 수 있게 해준다. 세포밖 소포체의 생물학을 좌우하는 세포 내 과정에 대한 지식은 이들 소포체의 생리적/병리적 기능을 규명하는 것뿐만 아니라, 이들을 이용/분석하여 임상적으로 적용하는 데에도 필수적이다. 하지만 세포밖 소포체의 기원, 생성, 분비, 이동, 운명에 대해서 많은 것들이 알려져 있지 않다.

키워드: extracellular vesicles, cell biology, exosomes, microvesicles

분야: Molecular_Biology

본 자료는 Shedding light on the cell biology of extracellular vesicles. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 19 (4), pp. 213-228.의 논문을 한글로 번역, 요약한 자료입니다.

목차

1. 서론
2. 세포밖 소포체의 생성
2.1 수하물 및 이들이 세포밖 소포체 생성 장소로 이동하는 과정
2.2 엑소좀 생성에 관여하는 장치
2.3 마이크로베시클 생성에 관여하는 장치
3. 세포밖 소포체의 분비
3.1 다중 소포 엔도좀의 분해 회피
3.2 다중 소포 엔도좀의 수송
3.3 다중 소포 엔도좀과 원형질막의 결합
3.4 마이크로베시클의 분비
4. 표적 세포로의 이동
4.1 세포밖 소포체와 표적 세포의 결합
4.2 세포밖 소포체의 흡수 및 세포 내 운명
4.3 세포밖 소포체가 표적 세포로 전달하는 신호
5. 결론 및 전망

1. 서론

모든 세포들은 세포밖 소포체(extracellular vesicles, EVs)를 분비하며, 이러한 정은 박테리아로부터 인간과 식물에 이르기까지 진화적으로 보존된 현상이다. 세포밖 소포체는 세포 간의 물질(단백질, 지질, 유전물질) 교환을 가능하게 하며, 생리적/병리적으로 신호를 전달하는 매개체로서 기능한다.

세포밖 소포체는 크게 엑소좀(exosomes)과 마이크로베시클(microvesicles)로 분류된다. 엑소좀은 크기가 50-150 nm로, 다중 소포 엔도좀(multi-vesicular endosomes)이 성숙하는 과정에서 엔도좀 막이 안쪽으로 들어와 생성된 내강 소낭(intraluminal vesicles)인데, 다중 소포 엔도좀이 세포 표면과 결합할 때 분비된다. 마이크로베시클은 크기가 50-1000 nm로, 원형질막(plasma membrane)이 바깥으로 솟아나와 분리되어 세포 밖으로 분비되는 소낭이다 (그림 1).

각 세포들은 생리적 상태에 따라 세포밖 소포체를 다르게 생성하고, 특정한 지질/단백질/핵산 조성을 갖는 세포밖 소포체를 분비한다. 세포밖 소포체의 특정한 조성은 세포박 소포체의 기능과 운명을 결정하므로, 수하물 선별 기작은 매우 중요하다. 현재로서는 어떤 종류의 세포밖 소포체가 특정한 기능을 수행하는지 명확하지 않고, 현재의 기술로 분리한 세포밖 소포체에는 기원을 알 수 없는 다양한 종류의 세포밖 소포체들이 섞여 있다. 여기서는 잠재적인 기능과 질병/임상적 적용을 포함하여, 포유류의 세포밖 소포체의 생물학을 좌우하는 필수적인 세포생물학적 과정에 대해 현재 알려진 것과 알려지지 않은 부분에 대해 논의할 것이다.

그림 1. 세포밖 소포체(extracellular vesicles, EVs)의 생성. 세포밖 소포체는 크게 엑소좀(exosomes)과 마이크로베시클(microvesicles)로 분류된다. 엑소좀은 엔도좀 시스템의 일부인 다중 소포 엔도좀(multi-vesicular endosome, MVE)의 막이 만입되어 내강 소낭(intraluminal vesicles, ILVs)로 생성되었다가 다중 소포 엔도좀이 세포의 원형질막(plasma membrane)과 결합할 때 분비되며, 크기가 50-150 nm이다. 마이크로베시클은 원형질막이 바깥으로 솟아나와 분리되어 세포 밖으로 분비되며, 크기가 50-1000 nm이다.

2. 세포밖 소포체의 생성

엑소좀과 마이크로베시클은 다른 기작을 통해 생성된다: 엑소좀은 엔도좀 시스템 내에서 내강 소낭으로 생성되었다가 다중 소포 엔도좀이 세포 표면과 결합하면서 세포 밖으로 분비되고, 마이크로베시클은 원형질막이 바깥으로 솟아나와 분리된 뒤 세포 밖으로 분비된다. 엑소좀과 마이크로베시클이 세포 내에서 다른 장소에서 생성되지만, 둘의 생성 과정에서 세포 내에 있는 동일한 기작과 선별 장치가 관여한다. 세포밖 소포체가 생성될 때 먼저 세포밖 소포체로 분비되는 수하물이 세포밖 소포체가 생성되는 장소로 이동하고, 수하물이 응집, 돌출, 분리, 분비 과정에서 세포밖 소포체 내에 농축된다.

2.1 수하물 및 이들이 세포밖 소포체 생성 장소로 이동하는 과정

수하물의 종류와 양은 세포 종류에 따라 다르다. 또한 세포의 생리적/병리적 상태, 세포밖 소포체의 생성과 분비를 조절하는 자극, 그리고 세포밖 소포체의 생성에 관여하는 분자적 기작에 영향을 받는다. 엑소좀 막 수하물은 골지체나 원형질막에서 엔도좀으로 이동하며, 엔도좀이 성숙하면서 내강 소낭으로 선별되어 이동한다. 원형질막에서 재활용되는 수하물은 재활용 과정에 문제가 생기지 않는 한 엑소좀으로 이동하지 않는다. 따라서 엔도좀 재활용 과정과 엔도좀에서 골지체로의 역행 수송을 조절하는 장치에 문제가 생기면 세포밖 소포체로 일부 수하물이 이동하는데 일반적으로 영향을 줄 수 있다. 또한 세포 내 섭취(endocytosis) 또는 원형질막으로의 수하물 재활용을 조절하는 것은 마이크로베시클의 생성 장소로 수하물이 이동하는데 영향을 줄 수 있다.

2.2 엑소좀 생성에 관여하는 장치

엑소좀은 엔도좀이 다중 소포 엔도좀으로 성숙하는 과정에서 엔도좀 내부의 내강 소낭으로서 생성되는데, 특별한 선별 장치가 관여한다. 이들 장치들은 먼저 수하물들을 다중 소포 엔도좀의 가장자리 막의 미세 영역(microdomain)으로 분리하고, 만입된 다음 작은 막 소포체로 분리된다.

다중 소포 엔도좀과 내강 소낭의 생성에 관여하는 기작을 규명하는데 있어 첫 돌파구는 endoso-mal sorting complex required for transport(ESCRT) 장치의 발견이었다. ESCRT 장치는 단계적으로 작용하는데, 우선 ESCRT-0과 ESCRT-I은 유비퀴틴화(ubiquitinylation)된 막 투과 수하물이 다중 소포 엔도좀의 막의 미세 영역으로 응집하게 하고, ESCRT-II는 세포질 수하물을 불러오고, ESCRT-III는 미세 영역이 돌출되고 분리되게 한다. ESCRT 장치를 비활성화시키면 세포밖 소포체의 분비나 조성에 영향을 주기 때문에, 일부 ESCRT 구성 요소가 엑소좀으로 분비되는 일부 다중 소포 엔도좀과 내강 소낭에 선택적으로 작용할 수 있다. 기본적인 ESCRT 경로는 syntenin과 ALIX와 교차될 수 있는데, syntenin과 ALIX는 수하물과 ESCRT-III 구성 요소인 vacuolar protein sorting-associated protein 32(VPS32)을 연결시킨다.

엑소좀은 ESCRT와 독립적으로도 생성될 수 있다. ESCRT와 독립적으로 엑소좀이 생성되는 과정에서는 세라마이드(ceramide)의 생성이 필요할 수 있다. 세라마이드는 막 세부 영역을 생성하게 하여 막으로 하여금 음의 곡률을 가지게 한다. 또한 sphingosine 1-phosphate로 대사되어, 엑소좀으로 분비될 내강 소낭으로 수하물을 이동시키는데 필수적인 Gi-protein-coupled sphingosine 1-phosphate를 활성화시킨다. Tetraspanin 단백질(CD9, CD63, CD81, CD82 등)도 ESCRT와 독립적으로 엑소좀으로 수하물이 이동하는데 관여한다. 이들 단백질들은 서로 무리를 형성하고, 다른 막 투과 단백질 및 세포질 단백질과 함께 동적 막 플랫폼을 형성하여 미세 영역이 돌출될 수 있게 한다. Tetraspanin 단백질은 수하물이 세포 내에서 다중 소포 엔도좀으로 이동하는 것에도 관여한다. 따라서 ESCRT 의존적인 기작과 ESCRT 독립적인 기작 둘 다 엑소좀 생성에 관여하고, 이들의 기여 정도는 수하물과 세포 종류에 따라 다를 수 있다.

막 투과 수하물이 세포밖 소포체로 이동할 때 엔도좀 선별 장치가 많이 관여하지만, 가용성 단백질(soluble proteins)과 막 관련 단백질(membrane associated proteins)이 선택적으로 엑소좀으로 이동하게 하는데 다른 기작이 관여한다. 예를 들어, 여러 세포질 단백질들은 heat shock 70 kDa pro-tein(HSP70)이나 heat shock cognate 71 kDa protein(HSC70)과 같은 샤페론(chaperone)과 함께 내강 소낭 및 엑소좀으로 이동할 수 있다. Glycosylphosphatidylinositol(GPI) 연결 단백질과 같은 막 단백질 수하물들은 지질 영역(lipid domain) 및 지질 뗏목(lipid raft)과의 친화력을 통해 내강 소낭을 형성하고, 엑소좀으로 이동할 수 있다. 유비퀴틴화 또는 파렌실화(farensylation)된 일부 세포질 단백질들은 내강 소낭과 엑소좀에 고립되는 경향이 있다. 한편 세포밖 소포체는 miRNAs를 비롯한 핵산도 가지고 있는데, 일부 miRNAs들은 염기 서열에 다라 다르게 엑소좀으로 이동하는 것으로 보아 핵산이 엑소좀으로 이동하는 것은 조절되는 것으로 보인다.

정리하자면 엑소좀 생성은 매우 복잡하며, 수하물과 세포 종류마다 다르며, 세포가 받을 수 있는 여러 신호와 병리적 자극의 영향을 받는다. 또한 대부분의 세포들은 다양한 지질 및 단백질을 구성 성분으로 갖고 모양이 다양한 다중 소포 엔도좀들을 갖고 있는데, 다른 선별 기작들이 같은 엔도좀 구획에 작용할 수 있고, 다른 장치들이 같은 수하물을 이동시키거나 수하물의 다른 성숙 과정에 작용할 수 있다. 따라서 여러 기작이 동시에 또는 순차적으로 다중 소포 엔도좀을 형성하는데 기여하여 다양한 수하물들이 다중 소포 엔도좀의 성숙 과정의 다양한 단계에서 선별될 수 있게 한다. 전체적으로, 엔도좀 선별 장치들은 엑소좀의 구성 성분을 조절하고, 나아가 엑소좀의 기능적 특성을 결정한다.

2.3 마이크로베시클 생성에 관여하는 장치

세포의 원형질막에서 마이크로베시클이 분비되는 과정은 원형질막 내의 여러 분자 재배열(지질 및 단백질 구성의 변화, 칼슘 이온 농도 변화 등)을 필요로 한다. 칼슘 이온 의존적인 장치들(aminophospholipid translocase, scramblase, calpain 등)은 막 인지질을 재배치하여 phosphati-dylserine을 세포 표면으로 노출시키고, 막이 굽고 내부의 액틴(actin) 세포 골격을 재구성하여, 막이 돌출되어 마이크로베시클을 형성시킨다. Phosphatidylserine 외에도 콜레스테롤 등이 마이크로베시클의 형성에 기여한다. 한편 지질 외에도 세포 골격 구성 요소들과 이들을 조절하는 기작들도 마이크로베시클의 형성에 기여한다.

엑소좀으로 수하물이 이동하는 것처럼, 지질 및 다른 막 관여 수하물들은 지질 뗏목과의 친화력 또는 원형질막 지질과의 연결을 통해 마이크로베시클 생성 장소로 이동한다. 마이크로베시클로 분비되는 세포질 구성 성분들은 원형질막 안쪽과의 결합해야 한다. 한편 핵산이 어떻게 마이크로베시클로 이동하는지는 명확하게 알려져 있지 않다.

3. 세포밖 소포체의 분비

마이크로베시클은 생성된 뒤 원형질막에서 떨어져 나오고, 엑소좀은 생성된 뒤 다중 소포 엔도좀이 원형질막으로 이동하여 원형질막과 합쳐져 내강 소낭이 세포 밖으로 분비되는 과정이 필요하다. 이렇듯 마이크로베시클과 엑소좀은 생성되는 과정이 다르기 때문에 생성부터 분비되는데 걸리는 시간이 다를 수 있고, 기능적으로도 다를 수 있다. 마이크로베시클의 분비는 이들의 생성과 분리의 직접적인 결과로 보이기 때문에, 여기서는 엑소좀의 분비에 집중하고 마이크로베시클의 생성에 관여하는 기작에 대한 몇 가지 연구에 대해 요약할 것이다.

3.1 다중 소포 엔도좀의 분해 회피

다중 소포 엔도좀은 기본적으로 라이소좀(lysosome)과 합쳐져 분해되지만, 이들의 분해를 막고 분비되도록 하는 기작이 존재하기 때문에 엑소좀이 분비될 수 있다. 다중 소포 엔도좀이 분비 또는 분해되는 것의 균형은 다중 소포 엔도좀에 있는 선별 장치들이 결정하는 것으로 보인다. 예를 들어 syndecan-syntenin-ALIX 경로는 현재까지는 엑소좀 분비에만 기여하는 것으로 보이며, ESCRT 장치의 다른 구성 요소는 엑소좀 분비에 다양한 영향을 준다. 또한 major histocompatibility com-plex(MHC) class II는 유비퀴틴화되는 경우 라이소좀이 분해하지만, 유비퀴틴화되지 않을 경우 다중 소포 엔도좀으로 이동하여 엑소좀으로 분비된다.

비슷한 균형이 엑소좀 분비와 거대 자가 포식(macroautophagy) 사이에도 존재한다. 거대 자가 포식은 불필요하거나 손상된 세포 구성 성분이 라이소좀에서 분해되어 세포 항상성을 유지하고 세포가 스트레스를 받는 상황에서 에너지를 절약하게 해준다. 보다 구체적으로 다중 소포 엔도좀과 자가 포식체(autophagosome)의 결합은 다중 소포 엔도좀의 분해를 촉진하고 엑소좀 분비를 억제한다.

3.2 다중 소포 엔도좀의 수송

앞서 언급했듯이 다중 소포 엔도좀은 라이소좀과 결합하여 분해되거나, 원형질막과 결합한다. 두 과정 모두 수송과 결합을 필요로 하지만, 다중 소포 엔도좀을 라이소좀이나 원형질막으로 이동하게 하는 요소에는 차이가 있다. 일반적으로 세포 내 수송에는 세포 내 소기관과 세포 골격 (액틴과 미세소관(microtubule)), 분자 모터(디네인(dynein), 키네신(kinesin), 마이오신(myosin) 등), 그리고 분자 스위치(small GTPase 등)가 관여한다. 라이소좀이나 자가 포식체가 분해하지 않는 다중 소포 엔도좀은 미세소관을 따라 원형질막으로 이동하고, 미세소관에서 일어나는 역수송은 다중 소포 엔도좀이 라이소좀으로 향하게 한다.

Rab-GTPase 중 Rab7은 다중 소포 엔도좀이 라이소좀으로 향하도록 역수송을 촉진하지만, 엑소좀 분비에도 관여하는데, 유비퀴틴화 여부가 이러한 차이를 만드는 것으로 보인다. 특정 지질/단백질이 내강 소낭으로 이동하는 과정을 통해 일어나는 다중 소포 엔도좀의가장자리 막 조성의 역동적인 변화가 다중 소포 엔도좀이 분해 또는 분비로 향하게 한다. Rab27은 다중 소포 엔도좀이 원형질막으로 이동하게 하여 엑소좀이 분비되는 것을 촉진한다. Rab27은 모든 세포 종류에서 항상 발현되는 것은 아닌데, 이는 각 세포 종류들이 엑소좀 분비를 위해 자신에게 적합한 분비 장치를 갖고 있는 것을 암시한다.

3.3 다중 소포 엔도좀과 원형질막의 결합

엑소좀 분비의 마지막 과정은 다중 소포 엔도좀이 원형질막과 결합하여 내강 소낭이 엑소좀으로 분비되는 과정인데, 이 과정에는 soluble N-ethylmaleimide sensitive factor attachment protein re-ceptor(SNARE) 단백질과 synatotagmin family 단백질이 관여한다. 엑소좀 분비는 칼슘 이온 농도의 영향을 받는데, 칼슘 이온은 SNARE 복합체를 활성화시킬 수 있다. Synaptosomal-associated pro-tein 23(SNAP23)은 SNARE 단백질로서 라이소좀 연관 세포 소기관의 분비를 유발하는데, 엑소좀의 분비에도 관여하는 것으로 보아 다중 소포 엔도좀이 분비에 특성화된 세포내 소기관임을 알 수 있다. 또한 초파리, 예쁜꼬마선충, 포유류에서 각각 Ykt6, syntaxin 5, syntaxin 1a 등의 SNARE 단백질이 엑소좀 분비에 관여하는 것으로 보아 생물 종, 세포 종류, 또는 다중 세포 엔도좀 종류에 따라 다양한 조절자들이 엑소좀 분비에 관여한다. 다만 엑소좀 분비에서 세포 내 조절자들의 역할에 대한 연구는 잠재적 표적을 억제한 상태에서 얻은 세포 배양 상층액으로부터 얻은 엑소좀 펠릿(exosomal pellet)을 분석한 것이어서 억제에 의한 효과를 무시한 것일 수 있다. 또한 상층액에서 얻은 엑소좀의 양은 세포의 원형질막에 붙어 있거나 생산된 세포에 다시 흡수된 부분을 무시한 것이다. 따라서 다중 소포 엔도좀과 원형질막의 결합 과정을 보다 잘 이해하기 위해서는 새로운 기술의 개발이 필요하다.

3.4 마이크로베시클의 분비

마이크로베시클이 분비되기 위해서는 이들이 원형질막에서 분리되어야 하는데, 원형질막에서 분리되는 것은 액틴과 마이오신이 상호 작용한 뒤 ATP 의존적으로 수축해야 한다. ADP-ribosylation factor(ARF)1과 ARF6 같은 small GTP-binding protein이 활성화되면 마이오신의 가벼운 사슬이 인산화되고, 액틴-마이오신 수축이 일어나 마이크로베시클이 원형질막으로부터 돌출된다. 또한 세포를 배양할 때 혈청을 제거하여 세포 신호 전달 경로에 작용하는 성장 인자를 제거할 경우 마이크로베시클의 분비가 줄어드는 것으로 보아, 세포 신호 전달 경로도 마이크로베시클의 분비에 관여하는 것을 알 수 있다. 또한 칼슘 이온 농도가 증가하면 scramblase과 calpain이 활성화되어 막 인지질 비대칭이 사라지고, 세포 골격이 재조직 되어 마이크로베시클의 분비가 증가할 수 있다. 또한 마이크로베시클이 분비되려면 ATP를 매개로 P2X₇ 수용체가 활성화되어야 하는데, acidic sphingo-myelinase가 원형질막으로 이동하여 세라마이드를 생성하여 막을 휘게 하고 마이크로베시클의 분비를 촉진하는 것과 관련 있다.

4. 표적 세포로의 이동

세포밖 소포체는 세포 밖으로 분비된 뒤에 표적 세포로 이동하여 내용물을 전달하여 반응을 유도하고, 생리적/병리적 상태에 영향을 줄 변화를 촉진할 수 있다. 세포밖 소포체 매개 세포간 정보 교환은 원형질막에서 표면 수용체를 활성화하고, 신호를 전달하고, 세포밖 소포체의 흡수 또는 표적 세포와의 결합을 통해 일어난다. 이러한 과정은 복잡하고 세포밖 소포체의 기원, 표적 세포의 종류/기원에 따라 영향을 받고, 세포밖 소포체가 유도하는 영향/과정과 관련 있다.

4.1 세포밖 소포체와 표적 세포의 결합

표적 세포 특이성은 세포밖 소포체 표면에 농축된 단백질과 표적 세포의 원형질막에 있는 수용체 사이의 상호 작용을 통해 결정되는 것으로 보인다. 세포밖 소포체를 생산하는 세포 자체도 표적 세포가 되어 자가 분비 작용을 할 수 있다. 세포밖 소포체와 표적 세포 사이의 상호 작용을 매개하는 것으로 인테그린(integrin), 세포 밖 기질(extracellular matrix), tetraspanin, 렉틴(lectin), heparan sulfate proteoglycan, 지질 등이 알려져 있다. 예를 들어 세포밖 소포체 표면에 있는 인테그린은 표적 세포 표면에 있는 세포 결합 분자들과 상호 작용할 수 있고, 세포 밖 기질과도 상호 작용할 수 있다. 세포밖 소포체 표면에 있는 tetraspanin은 인테그린과 상호 작용하여 세포밖 소포체가 표적 세포와 접촉하여 표적 세포로 흡수되게 한다. 렉틴과 heparan sulfate proteoglycan은 세포밖 소포체와 표적 세포 모두에 존재하는데, 세포밖 소포체와 표적 세포가 접촉하고 결합하게 한다. 한편 세포밖 소포체의 지질 구성도 표적 세포와의 상호 작용에 영향을 주는데, phosphatidylserine은 galectin 5와 annexin 5와 같은 특정 지질 결합 단백질을 불러와서 세포밖 소포체가 표적 세포의 막과 접촉하게 한다.

4.2 세포밖 소포체의 흡수 및 세포 내 운명

세포밖 소포체가 표적 세포에 붙으면 원형질막에 남아 있거나, clathrin-mediated endocytosis, macropinocytosis, phagocytosis, caveolin-mediated endocytosis, lipid raft-mediated endocytosis 등의 기작으로 세포 내부로 흡수될 수 있다. 세포밖 소포체의 구성 성분은 이들의 운명에 영향을 준다. 예를 들어, 신경모세포(neuroblastoma) 유래 엑소좀에 아밀로이드 전구체 단백질이 존재할 경우 신경세포로 특이적으로 이동하지만, CD63이 엑소좀에 농축된 경우 신경세포와 신경교세포(glial cell) 모두로 이동한다. 또한 영양세포(trophoblast) 유래 엑소좀 표면에 syncytin 1이 있으면 엑소좀 흡수를 촉진하지만, CD47이 있으면 엑소좀 흡수가 억제된다. 또한 세포밖 소포체의 운명은 표적 세포의 원형질막에 있는 특정 구조의 존재로 결정되기도 한다. 예를 들어 위족(filopodia)은 세포밖 소포체가 흡수 장소로 이동하도록 해준다. 그리고 표적 세포의 원형질막의 지질 조성도 세포밖 소포체의 흡수에 영향을 준다.

세포밖 소포체는 표적 세포의 원형질막과 상호 작용을 해서 다양한 기작으로 흡수된 다음 섭취 경로를 따라 다중 소포 엔도좀에 도달하고, 대부분의 경우 라이소좀으로 이동한다. 어떤 경우에는 다중 소포 엔도좀의 가장자리 막과 결합하여 표적 세포의 세포질로 내용물을 분비한다. 또한 어떤 세포밖 소포체의 경우 초기 섭취 재활용 경로나, 다중 소포 엔도좀이 원형질막과 결합하는 경로로 재분비된다.

4.3 세포밖 소포체가 표적 세포로 전달하는 신호

원형질막에 도달한 뒤에 세포밖 소포체는 표적 세포 표면에 있는 수용체에 붙어 수용체를 활성화시키면서 기능적 반응을 유발할 수 있다. 예를 들어 B세포나 수지상세포에서 유래하는 엑소좀은 T세포에 항원을 제시하여 특정 항원에 대한 반응을 유도할 수 있다. 또한 암세포 유래 마이크로베시클은 섬유아세포의 연결 독립적 성장(anchorage-independent growth)을 유도하는데, 이것은 종양 형성의 대표적인 특징 중 하나이다.

세포밖 소포체가 전달하는 수하물은 표적 세포 내부로 흡수된 뒤에도 다양한 반응을 활성화시킬 수 있다. 또한 세포밖 소포체는 표적 세포의 원형질막이나 엔도좀 막과 직접 결합할 수도 있는데, 이 과정은 표적 세포의 세포질로 내강의 내용물을 분비하는데 필요하다. 특히 세포밖 소포체에 있는 mRNAs와 miRNAs를 표적 세포로 전달하여 표적 세포의 유전자 발현을 조절한다. 또한 세포밖 소포체가 표적 세포의 막과 직접 결합하면 막 투과 단백질과 지질이 교환된다.

세포밖 소포체의 궁극적이고 가장 흔한 운명이 라이소좀으로 이동하여 세포밖 소포체에 있는 단백질과 지질이 분해되는 것이다. 이러한 분해 경로를 통해 표적 세포에 대사 물질을 공급할 수 있다.

5. 결론 및 전망

세포밖 소포체에 대한 기초적인 생물학을 이해하는 것에서 최근 많은 진보가 있어왔지만, 세포밖 소포체의 기능을 완전히 규명하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다. 세포밖 소포체는 다양한 생리적/병리적 기능을 수행하고, 이를 위해 다양한 수하물을 갖고 있다. 따라서 세포밖 소포체는 임상적 적용을 위한 큰 잠재력을 가지고 있다.

세포밖 소포체의 생성과 분비에 관여하는 조절 경로는 병리적 상황에서 세포밖 소포체의 생성을 조절하는데 사용할 수 있다. 하지만 질병의 치료를 위해 세포밖 소포체의 생성, 수송, 이동에 관여하는 장치를 조작하는 것은 신중하게 이뤄져야 하는데, 이러한 조작이 건강한 조직에 다른 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

세포밖 소포체에 대해 관심이 증가하면서 세포밖 소포체를 암의 진행/전이와 같이 다양한 질병 상태의 진행을 추적할 수 있는 생물학적 지표로 사용할 수 있는 가능성이 제기되었다. 질병과 관련된 세포밖 소포체를 농축할 수 있는 기술을 개발하는 것은 생물학적 지표의 민감도를 향상시키는데 도움을 줄 것이다. 앞으로의 연구와 최적화된 분리 방법이 서로 다른 병리적 상태와 특정 질병의 진행 단계와 관련될 수 있는 서로 다른 세포밖 소포체의 부분 집단의 본질을 규명할 수 있을 것이다.

세포밖 소포체는 특정한 물질을 전달하거나, 생물체 내에서 세포의 기능을 조절하는데 활용할 수도 있다. 세포밖 소포체는 면역 반응을 촉진 또는 억제할 수 있기 때문에, 세포밖 소포체를 이용해 다양한 방법으로 치료에 적용할 수 있다. 수지상 세포에서 유래한 세포밖 소포체를 이용해 항암 백신으로 활용할 수도 있으며, 중간엽줄기세포 유래 세포밖 소포체를 이용해 급성 신부전, 심근 경색을 치료하는데 활용할 수도 있다.

이렇듯 치료로 활용될 잠재력이 높지만, 세포밖 소포체 분야는 여전히 새로운 동물 모델과 생물체 내에서 세포밖 소포체의 분비, 이동, 운명을 단일 세포밖 소포체 단위로 추적하는 뛰어난 이미징 기술을 필요로 하고 있다. 세포 생물학자와 내과 의사들이 상보적으로 연구함으로서, 세포밖 소포체의 기초 기능을 규명하고 세포밖 소포체를 임상적으로 활용하는데 큰 전기를 마련할 수 있을 것이다.

Citation 복사
이재욱(2019). 세포밖 소포체의 세포 생물학에 대한 조명. BRIC View 2019-R03. Available from https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=3160 (Jan 17, 2019)

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