성장 인자 및 수용체 신호 전달 경로

성장 인자는 세포 표면 수용체에 결합하여 세포에 증식, 생존, 이동 또는 분화를 지시하는 분비 신호 단백질입니다. 발생 과정에서 섬유아세포 및 기타 성장 인자에 의해 활성화되는 수용체 티로신 키나아제 경로와 Wnt, Hedgehog, Notch, TGF-베타/BMP 슈퍼패밀리를 포함한 보존된 소수의 경로들이 세포와 조직 간에 정보를 전달합니다. 세포 외부 신호를 유전자 발현 변화와 연결함으로써 성장 인자 및 수용체 신호 전달 경로는 배아의 구성을 조율합니다.

Definition

성장 인자는 특정 세포 표면 수용체에 결합하여 세포 증식, 생존, 이동 및 분화를 조절하는 분비 폴리펩타이드이며, 수용체 신호 전달 경로는 수용체로부터 세포 내 이펙터 및 유전자 발현 변화로 이어지는 신호를 전달하는 분자적 중계입니다.

Scope

이 항목은 성장 인자가 수용체와 어떻게 결합하는지, 주요 발생 신호 전달 경로와 이들이 핵으로 신호를 어떻게 전달하는지, 그리고 경로 재사용, 통합 및 상황 의존적 반응의 반복적인 원리를 다룹니다. 발생 신호 전달을 분자적 주제로 다루며, 임상 지침이 아닌 참고 및 교육 목적입니다.

Core questions

• 성장 인자는 세포 표면 수용체를 어떻게 활성화합니까?
• 발생 과정에서 사용되는 주요 신호 전달 경로는 무엇입 scaffolds?
• 세포 외부 신호는 어떻게 유전자 발현의 변화로 전달됩니까?
• 동일한 경로가 많은 조직에서 재사용되는 이유는 무엇이며, 특이성은 어떻게 달성됩니까?

Key concepts

• 리간드-수용체 결합 및 수용체 활성화
• 수용체 티로신 키나아제 및 RAS-MAPK 캐스케이드
• Wnt/베타-카테닌 신호 전달
• Hedgehog 신호 전달
• Notch 및 직접적인 세포-세포 신호 전달
• TGF-베타/BMP 슈퍼패밀리 신호 전달
• 신호 통합 및 상황 의존적 반응

Key theories

수용체 티로신 키나아제 신호 전달

많은 성장 인자는 수용체 티로신 키나아제를 통해 작용하며, 리간드 유도 이합체화는 자가인산화를 유발하고 세포 내 이펙터를 모집하여 RAS-MAPK 경로와 같은 캐스케이드를 통해 신호를 전달하여 유전자 발현 및 세포 행동을 제어합니다.

발생 경로의 보존된 도구 키트

발생은 작고 보존된 신호 전달 경로 세트(수용체 티로신 키나아제/FGF, Wnt, Hedgehog, Notch, TGF-베타/BMP)에 의존하며, 이들은 조직과 단계에 걸쳐 재사용되고 세포 환경이 반응을 결정합니다.

Mechanisms

성장 인자 신호 전달은 분비된 리간드가 특정 세포 표면 수용체에 결합하여 수용체의 형태 또는 올리고머화 상태를 변화시킬 때 시작됩니다. 수용체 티로신 키나아제의 경우, 리간드 결합은 수용체 이합체화 및 자가인산화를 촉진하여 어댑터 및 이펙터 단백질을 모집하고 RAS-MAPK 경로와 같은 세포 내 캐스케이드를 시작하여 유전자 발현을 변경하는 도킹 부위를 생성합니다. 다른 발생 경로는 다른 논리에 따라 신호를 전달합니다. Wnt 리간드는 베타-카테닌을 안정화시켜 핵으로 들어가 전사를 조절할 수 있게 합니다. Hedgehog 신호 전달은 GLI 전사 인자의 처리 및 활성을 제어합니다. Notch는 인접 세포의 리간드와의 직접적인 접촉에 의해 활성화되어 전사를 조절하는 세포 내 단편을 방출합니다. TGF-베타/BMP 슈퍼패밀리는 SMAD 전사 인자를 활성화하는 수용체 세린/트레오닌 키나아제를 통해 신호를 전달합니다. 이러한 경로들 전반에 걸쳐 동일한 분자 도구 키트가 다른 조직에서 재사용되며, 특이성은 세포 환경, 신호 조합 및 반응을 통합하고 시기를 조절하는 피드백에서 발생합니다.

Clinical relevance

배아를 형성하는 성장 인자 경로는 돌연변이 발생 시 선천성 질환과 관련이 있으며, 조절 이상 시 암과 관련되어 있어 생의학적 관심의 대상이 됩니다. 이 항목은 참고 및 교육을 위한 신호 전달 메커니즘을 설명하며, 진단 또는 치료의 근거가 아닙니다.

Evidence & guidelines

증거는 리간드, 수용체 및 하위 캐스케이드를 정의한 모델 시스템에서의 생화학, 구조 생물학, 유전학 및 세포 생물학 연구에서 비롯되었으며, 임상 지침보다는 검토 문헌 및 교과서에 종합되어 있습니다.

History

20세기 후반 성장 인자와 그 수용체의 발견은 세포가 표면 수용체에 작용하는 분비 단백질을 통해 소통한다는 것을 확립했습니다. 많은 수용체가 티로신 키나아제라는 발견은 세포 외부 신호를 정의된 세포 내 캐스케이드와 연결시켰고, 초파리, 벌레 및 척추동물의 발생에 대한 유전학적 해부는 Wnt, Hedgehog, Notch, TGF-베타/BMP 및 수용체 티로신 키나아제 신호 전달이라는 작고 보존된 경로 세트가 배아 발생 전반에 걸쳐 재사용된다는 것을 밝혀냈습니다.

Key figures

• Joseph Schlessinger
• Mark Lemmon
• Roel Nusse
• Spyros Artavanis-Tsakonas
• Norbert Perrimon

Seminal works

• lemmon-schlessinger-2010
• perrimon-2012
• artavanis-tsakonas-1999

Frequently asked questions

세포 외부의 성장 인자가 세포가 발현하는 유전자를 어떻게 변화시킵니까?

성장 인자는 표면 수용체에 결합하여 세포 내 신호 전달 캐스케이드를 활성화하고, 이는 전사 인자를 변형시키는 것으로 끝나므로 세포 외부 신호는 단계별로 유전자 발현의 변화로 전환됩니다.

왜 그렇게 적은 수의 신호 전달 경로가 그렇게 많은 발생 이벤트를 제어합니까?

보존된 소수의 경로 세트가 다른 조직과 단계에서 재사용되며, 동일한 신호는 세포의 환경, 이전 이력 및 수신하는 신호의 조합에 따라 다른 결과를 생성할 수 있습니다.