미엘린 관련 당단백질 (Myelin-associated Glycoprotein) | 이달의 분자

247: 미엘린 관련 당단백질 (Myelin-associated Glycoprotein)

Author: David S. Goodsell Translator: PDBj

미엘린 관련 당단백질은 미엘린막에서 뻗어나와 축삭 표면에 있는 당지질(녹색)과 결합한다. 이 구조에 포함된 것은 단백질의 세포 외 부분과 당지질뿐이며, 나머지 부분은 대략적인 위치로 나타내었다. 고해상도 TIFF 이미지는이쪽。

신경세포는 어려운 문제에 직면해 있다. 세포는 작지만 사람의 몸은 크다. 신경계는 긴 거리를 통신할 필요가 있지만 사용하는 부분은 작다. 신경세포는 길이가 1m 이상이지만 폭은 수 μ에 불과한 길고 가는 축삭(axon)을 이용해 신호를 전달하는 방식으로 이 문제를 해결하고 있다. 이 섬세한 축삭은 미엘린초(myelin sheath)로 덮여 있는 경우가 많은데, 이 미엘린초는 축삭을 보호하여 강화하고 있을 뿐만 아니라 축삭을 따라 빠르게 신호를 전달하기 위한 좁고 절연이 된 공간이기도 하다.

구조적인 받침

미엘린초의 구축 및 유지의 제어는 이에 특화된 한 무리의 단백질에 의해 수행되고 있다. 여기에 나타낸 것은 그중 하나인 미엘린 관련 당단백질(myelin-associated glycoprotein, MAG, PDB 엔트리 5lf5)이다. 미엘린막에 뒤덮여 2량체를 만들고 미엘린과 축삭 사이에 연결고리를 형성한다. 이 구조에는 단백질의 세포 외 부분이 포함되어 어떻게 세포 사이에 있는 공간을 가로질러 축삭의 막 표면에 있는 특별한 지질과 결합하고 있는지를 나타낸다. 또한 MAG에는 일정한 구조를 취하지 않는 꼬리부가 있어 미엘린 형성 세포까지 뻗어 그 안에 있는 제어나 구조 형성에 관련된 단백질과 상호 작용을 한다.

세포를 감싸다

유수 축삭의 단면을 그린 그림. 미엘린초는 노란색으로, 희소돌기아교세포 내의 분자는 주황색으로 나타냈다. 축삭의 막은 녹색, 세포 골격은 파란색, 미토콘드리아는 보라색으로 나타냈다. 고해상도 TIFF 이미지는이쪽。

미엘린은 미엘린 자체나 축삭을 감싸는 특수 세포로 이루어져 있다. 중추신경계에서 희소돌기아교세포(올리고덴드로시테, oligodendrocyte)는 덩굴손과 같은 구조를 사용하여 인접한 축삭까지 뻗어 이러한 놀라운 구조를 만들고 있다. MAG, 미엘린 염기성 단백질(myelin basic protein, MBP), 수초희소돌기아교세포 당단백질(myelin oligodendrocyte glycoprotein, MOG) 등 이에 특화된 단백질이 이 과정을 제어하여 모든 것을 하나로 연결하고 있다.

자가면역에 의해 벗겨지는 보따리

미엘린 희소돌기아교세포 당단백질(MOG)에 항체 Fab 단편이 결합된 복합체(왼쪽)와 MHC에서 제시된 미엘린 염기성 단백질(MBP)에서 유래한 펩타이드(오른쪽). 고해상도 TIFF 이미지는이쪽。

어떤 유전적 요인과 환경적 요인의 조합에 의해 면역계가 미엘린 단백질을 공격하는 경우가 있지만 그렇게 되면 미엘린초가 파괴되어 다발성 경화증(multiple sclerosis)을 일으킨다. 여기에 나타낸 2개의 구조가 이 끔찍한 과정에서 벌어지는 일들을 포착하고 있다. PDB 엔트리 1pkq는 어떤 항체가 MOG에 결합한 구조이고 미엘린초의 외측 표면에서 그 기능을 방해하고 있다. PDB 엔트리 1bx2는 MBP에서 유래한 펩타이드가 주조직 적합성 복합체(major histocompatibility complex, MHC)에 의해 제시된 모습을 나타내고 있으며, 이는 MBP에 대한 면역계 발동으로 이어진다. PDB 엔트리 1h15(여기에는 나타내지 않음)는 MBP와 유사한 바이러스 펩타이드와 주조직 적합성 복합체와의 복합체로 바이러스 감염이 어떻게 면역 응답을 일으켜 MBP와 같은 일반적인 단백질과 교차 반응을 하는지 나타내고 있다.

구조 보기

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MAG는 5개의 콤팩트한 도메인으로 접혀 있으며, 그 구조는 항체 도메인과 유사하다. 하지만 항체와 달리 3개의 도메인이 매우 짧은 링커에 의해 연결되어 있기 때문에 구조 전체가 견고하다. 이것이 미엘린과 축삭을 연결하여 두 세포 사이의 통신을 중개하는 데 적합한 튼튼한 지주가 된다. 이 구조를 보다 자세히 보기 위해 그림 아래의 버튼을 클릭하여 인터랙티브 조작이 가능한 이미지로 전환해 보기 바란다.

이해를 높이기 위한 토픽

여기 보이는 단백질은 중추신경계의 미엘린에서 볼 수 있습니다. 한편 말초신경계에서는 이 외에도 몇 가지 단백질이 관여하고 있습니다. PDBj 웹사이트에서 미엘린을 키워드로 사용하여 검색해 보십시오.
RCSB PDB의 Protein Feature View를 사용하여 구조에 포함된 단백질 부분 및 구조에서 누락된 부분을 확인할 수 있습니다.

참고문헌

Stassart, R.M., Modius, W., Nave, K.A., Edgar, J.M. 2018 The axon-myelin unit in development and degenerative disease. Frontiers Neurosci. 12 467
5lf5 Pronker, M.F., Lemstra, S., Snijder, J., Heck, A.J., Thies-Weesie, D.M., Pasterkamp, R.J., Janssen, B.J. 2016 Structural basis of myelin-associated glycoprotein adhesion and signalling. Nat Commun 7 13584-13584
1pkq Breithaupt, C., Schubart, A., Zander, H., Skerra, A., Huber, R., Linington, C., Jacob, U. 2003 Structural insights into the antigenicity of myelin oligodendrocyte glycoprotein. Proc Natl Acad Sci U S A 100 9446-9451
1h15 Lang, H., Jacobsen, H., Ikemizu, S., Andersson, C., Harlos, K., Madsen, L., Hjorth, P., Sondergaard, L., Svejgaard, A., Wucherpfennig, K., Stuart, D.I., Bell, J.I., Jones, E.Y., Fugger, L. 2002 A Functional and Structural Basis for Tcr Cross-Reactivity in Multiple Sclerosis. Nat Immunol 3 940
1bx2 Smith, K.J., Pyrdol, J., Gauthier, L., Wiley, D.C., Wucherpfennig, K.W. 1998 Crystal structure of HLA-DR2 (DRA*0101, DRB1*1501) complexed with a peptide from human myelin basic protein. J Exp Med 188 1511-1520