캡사이신 수용체 TRPV1 (Capsaicin Receptor TRPV1) | 이달의 분자

250: 캡사이신 수용체 TRPV1 (Capsaicin Receptor TRPV1)

Author: David S. Goodsell Translator: PDBj

캡사제핀(capsazepine, 자홍색)과 결합한 TRPV1. 막의 위치는 회색으로 대략적인 위치를 나타내고 있다. 고해상도 TIFF 이미지는이쪽。

왜 후추 안에는 매운맛이 나는 물질이 있는지 궁금했던 적이 있지 않았는가? 톡 쏘는 맛이 나는 식물에는 칠리페퍼에 포함된 캡사이신(capsaicin)이나 흑후추에 포함된 피페린(piperine)처럼 식물을 보호하는 유해물질이 포함되어 있다. TRPV1은 이온 채널의 일종인데 놀랍게도 캡사이신 같은 분자에 의해 활성화되었을 때도, 온도가 매우 높아졌을 때도 개방된다. 그래서 TRPV1은 열 감지에도, 매운 음식의 미각에도 관여하고 있어 비슷한 감각을 일으키고 있는 것이다.

매운 것

TRPV1은 일과성 수용체 전위 이온 채널(transient receptor potential ion channel, TRP 이온 채널)이라 불리는 큰 그룹(superfamily)에 속하는 단백질 중 하나로 저온, 멘톨(menthol) 같은 냉감 물질, 산, 생물 활성 지질 등의 다양한 물리적·화학적 자극에 반응한다. TRP 채널은 모두 전체적으로 비슷한 구조를 하고 있으며, 같은 서브유닛이 4개 모여 생긴 채널이 특정 자극에 반응해 개폐하고 막을 넘어 양이온을 흘려 보낸다. 또한 TRPV1의 ‘V’는 단백질에 결합하는 캡사이신 같은 바닐로이드(vanilloid) 분자를 가리킨다.

저온전자현미경과 나노디스크

PDB 엔트리 5is0은 캡사이신을 닮은 분자가 TRPV1에 결합하고 있는 모습을 나타낸다. 그 분자는 서브유닛 사이에 있어서 채널의 구멍을 통과하는 이온의 흐름을 제어하는 게이트 중 하나에 가까운 패임에 결합되어 있다. 이 구조는 채널을 정제하여 지질 나노디스크(nanodisc)에 넣고 저온전자현미경을 통해 조사하여 결정되었다. EM 데이터뱅크(EMD-8119)에서 저온전자현미경 맵을 보면 지질로 된 나노디스크가 단백질 막에 걸리는 영역을 둘러싸고 있음을 알 수 있을 것이다.

칼슘을 모으다

칼모듈린(주황색, 결합되어 있는 칼슘이온은 빨간색)에 결합한 TRPV5. 고해상도 TIFF 이미지는이쪽。

TRPV5 채널은 TRPV1과는 조금 다른 역할을 하고 있다. 이 채널은 신장에서 볼 수 있으며 칼슘을 재흡수하여 배출하지 않도록 하는 데 도움이 된다. TRPV1과 달리 TRPV5는 일반적으로 열린 상태로 되어 있어 칼슘 이온이 소변에서 신장 세포로 돌아가도록 하고 있다. 하지만 칼슘의 양이 과잉되면 칼슘의 양을 감지하는 칼모듈린(calmodulin)이 TRPV5에 모아져 세포 안으로 칼슘이 흘러드는 것을 멈춘다. 그 모습을 PDB 엔트리 6dmw에서 볼 수 있다.

구조 보기

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저온전자현미경을 이용하여 TRP채널의 다양한 상태를 파악할 수 있게 됐다. PDB 엔트리 5irz는 닫힌 상태의 TRPV1채널로, 아미노산으로 된 여러 개의 고리가 이온이 지나가는 구멍을 막는 구조를 만들고 있다. 한편 PDB 엔트리 5irx는 2개의 독소를 결합시켜 채널이 열린 상태를 유지하고 있는 구조다. 아미노산의 위치가 어긋나 이온이 지나는 경로가 열려 있다. 이미지 아래의 버튼을 클릭하여 인터랙티브로 조작할 수 있는 이미지로 전환하여 이러한 구조를 보다 자세하게 봐주기 바란다.

이해를 높이기 위한 토픽

PDB 아카이브에는 수많은 TRP 채널이 등록되어 있습니다. TRP 채널을 키워드로 사용하여 PDBj에서 검색하고 확인해 보십시오.
그 밖에도 많은 이온 채널이 링 모양의 서브유닛이나 도메인으로 이루어져 있습니다. TRP 채널의 구조와 피에조1 기계 수용 채널, 칼륨 채널, 기계 수용 채널기계 수용 채널의 구조를 비교해 보십시오.

참고문헌

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van Goor, M.K., de Jager, L., Cheng, Y., van der Wijst, J. 2020 High-resolution structures of transient receptor potential vanilloid channels: Unveiling a functionally diverse group of ion channels. Prot. Sci. 29 1569-1580
6dmw Hughes, T.E.T., Pumroy, R.A., Yazici, A.T., Kasimova, M.A., Fluck, E.C., Huynh, K.W., Samanta, A., Molugu, S.K., Zhou, Z.H., Carnevale, V., Rohacs, T., Moiseenkova-Bell, V.Y. 2018 Structural insights on TRPV5 gating by endogenous modulators. Nat Commun 9 4198-4198
5is0、5irx、5irz Gao, Y., Cao, E., Julius, D., Cheng, Y. 2016 TRPV1 structures in nanodiscs reveal mechanisms of ligand and lipid action. Nature 534 347-351
Venkatachalam, K., Montell, C. 2007 TRP channels. Annu Rev Biochem 76 387-417