<General principles of signal transduction and propagation>
1. Enzyme Associated Receptors
- Receptor 자체에 kinase domain이 있는 경우, ligand가 receptor에 binding하면, receptor가 phosphorylation되면서 다음 신호의 활성을 유도하게 됩니다.
- Receptor 내에 kinase domain을 가지고 있지 않은 경우, kinase domain을 가진 molecule이 receptor에 붙고, ligand가 receptor에 binding하게 되면, kinase domain을 가진 molecule이 phosphorylation되면서 신호가 활성화됩니다.
2. Multiprotein Signaling Complexes
intracellular signaling은 multiprotein signaling complex에 의해서 진행이 됩니다.
signaling protein들은 다른 protein 및 lipid signaling molecules과 상호작용하면서 세포 내 신호체계를 만들며 다양한 protein domain이 발견됩니다.
3. Scaffold & Adaptor Protein
Scaffold
→ Protein kinase가 scaffold를 phosphorylation하여 활성화시키고, 활성화된 scaffold는 다양한 signaling protein들을 recruit하여 붙게 합니다.
Adaptor protein
→ Grb2 SH3 domain을 통해 Sos와 결합하고, Epo가 receptor에 binding해서 tyrosine phosphorylation을 유도하며, Grb2의 SH2 domain을 이용해서 phospho-tyrosine residue에 binding해서 신호전달을 합니다.
4. Small G protein
Small G protein은 GEF(Guanine-nucleotide Exchange Factor)에 의해서 active state로 변할 수 있고, GTP와 binding할 수 있습니다.
A. Resting state에서는 small G protein이 GDP와 결합하고, inactive 상태입니다.
B. Signaling이 activation되면, Sos와 같은 GEF가 활성화되어 GDP가 GTP가 됩니다.
C. GTP가 small G protein과 결합하게 되어, active한 effector molecule이 됩니다.
D. 이러한 작용이 완료가 되면, small G protein이 GTP를 GDP로 hydrolyze시켜서 inactive한 상태로 변하게 됩니다.
5. signal proteins can be recruited to the membrane in a variety of ways
A. Membrane-associated protein의 phosphorylated site에 붙을 수 있습니다.
B. Activation된 Ras(small G protein)에 붙을 수 있습니다.
C. PI3K가 PIP2를 PIP3로 활성화시키면, PIP3가 Akt, ltk와 같은 세포 내 신호인자를 활성화 시킬 수 있습니다.
6. Signaling의 제거
A. Phosphorylated substate들의 dephosphorylation을 유도합니다.
B. Proteasome을 통한 Ubiquitin-mediated degradation
C. Lysosome를 통한 Ubiquitin-mediated degradation
[T cell receptor]
1. T cell receptor complex
- 8개의 chain이 기본 구조
- 6종류 subunit = 2α + 2β + 2ε + δ + γ
- α와 β chain은 antigen을 직접 인식합니다.
- CD3 구조로, εδ chain과 γε chain이 존재합니다.
- 세포 내 cytoplasm 쪽에 zeta chain 두개가 연결되어 있습니다.
- ITAM(immunoreceptor tyrosine-based activation motif)이 있는데, 세포 내 신호를 활성화되는데 도움을 주는 motif입니다.
- 이 외에도 신호를 억제하는 ITIM(immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif)도 있습니다.
2. ZAP-70
- ZAP-70은 TCR signaling에서 가장 중요하고 TCR에 특이적인 신호전달 물질입니다.
- 평상시에는 autoinhibition되어 있습니다.
- SH2 domain과 kinase domain을 갖고 있고, TCR의 ITAM을 통해서 ZAP-70가 recruit되면, phosphorylation되어서 활성화됩니다.
[T cell receptor(TCR) signaling]
1. ZAP-70의 activation
- Lck는 tyrosine kinase인데, CD4와 결합하여 TCR의 ITAM을 phosphorylation합니다.
- phosphorylation된 ITAM에 SH2 domain에 의해서 ZAP-70이 recruit되면 Lck에 의해 ZAP-70가 phosphorylation되어서 신호가 활성화됩니다.
- Lck의 활성은 tyrosin의 phosphorylation괴 dephosphorylation에 의해서 조절됩니다.
Lck의 inhibition 상태
→ Lck의 terminal tyrosine이 phosphorylation되어 SH2 domain과 binding합니다.
또한 Lck의 linker region은 SH3 domain과 붙습니다.
Lck의 activation 상태
→ SH2 domain과 binding하던 phosphorylated tyrosine이 dephosphorylation되고, SH3에 binding 하던 linker region이 풀립니다. 이 후 Lck의 kinase domain이 autophosphorylation되면서 fully activated됩니다.
2. Scaffold의 활성화
활성화된 ZAP-70은 LAT, SLP-76(Sacffold)를 phosphorylation하여 activate하고, 아래의 4가지 반응을 일으킵니다.
1) Akt activation → increased cellular metabolic activity
2) PLC-γ activation → TF activation
3) Vav activation → Actin polymerzation & Cytoskeletal reorganization
4) ADAP recruitment → integrin adhesiverness and clustering 증가
3. Scaffold 활성화 이후 PLC-γ로부터 연결되는 pathway
A) LAT, SLP-76(Sacffold)에 의해 PLC-γ가 recruit되는데, 이러한 PLC-γ의 phosphorylation과 activation은 protein kinase ltk에 의해서 이루어지고, 이로 인해 T cell의 activation이 이루어지게 됩니다.
B) 먼저, activated ZAP-70이 LAT, SLP-76(Sacffold)를 phosphorylation하고, 이들은 LAT:Gads:SLP-76 complex를 형성하여 PIP3를 plasma membrane에 accumulate합니다.
C) LAT:Gads:SLP-76 complex와 PIP3는 PLC-γ와 ltk를 recruit하고, PLC-γ는 다시 ltk에 의해 인산화가 되고 활성화됩니다.
D) PLC-γ는 calcium signaling에서도 중요한 역할을 수행하는데, PIP2를 DAG과 IP3로 분리합니다.
E) IP3가 ER의 Ca2+ channel을 열어 Ca2+를 ER에서 cytosol로 이동시키는데, ER에서 Ca2+가 모두 고갈되면, STIM1이 aggregation되어서 ORAl1 channel을 열어서 Ca2+가 대량으로 cytoplasm으로 들어오게 합니다.
F) 그렇게 되면 membrane에 PKC-Θ와 Ras가 recruit됩니다.
G) 또한 Ca2+ entry는 NFAT라는 transcription factor를 활성화합니다.
이때, NFAT는 calcium signaling에 가장 중요한 전사인자 중 하나입니다.
H) Ras가 inacitve한 상태에서, TCR signaling을 통해서 DAG를 유도하고, RasGRP를 recruit해서 Ras를 active하게 만들 수 있습니다.
I) Ras는 Raf를 activation시키고, Mek와 Erk를 phosphorylation시킬 수 있습니다.
J) Activation된 Erk는 핵 내로 들어가서 Elk-1을 활성화합니다.
K) Elk-1은 전사인자 FOS를 자극할 수 있습니다.
[Co-stimulatory and inhibitory receptors]
1. CD28
- CD28은 T cell stimulatory protein입니다.
- 이들은 T cell에서 TCR 외의 장소에 발현하고 있는 APC 쪽에서의 B7 인자와 직접 반응하여 세포를 활성화합니다.
- 이렇게 TCR과 CD28이 동시에 활성화되면, IL-2(cytokine) gene을 발현합니다. 이때 NfkB, AP-1, Oct1, NFAT와 같은 중요한 전사인자들이 반드시 활성화되고 T cell의 활성화에 도움을 줍니다.
2. TNF Superfamily
T cell과 B cell의 활성인자에는 TNF Superfamily가 매우 중요하며 다양한 종류가 알려져 있고 이들은 세포의 증식 및 사멸과 염증 등과 관련된 다양한 질병 앙상의 진단에 중요한 역할을 합니다.
3. CD40
- CD40은 TNF receptor superfamily로서, B cell의 중요한 co-stimulatory molecule입니다.
- CD40가 CD40 ligand와 같이, T cell에서 발현하는 신호인자와 서로 상호활성을 하게 되면, B cell에서는 CD40에 의존적인 PDK1, Akt와 같이 세포 증식과 활성을 유도하는 상황이 일어납니다.
4. CTLA-4
CTLA-4과 같은 co-inhibitory molecule은 CD28과 같은 co-stimulatory molecule보다 B7과의 binding affinity가 높습니다.
이를 통해 세포의 조절, 면역의 과도한 비정상적인 활성을 막고 있습니다.
5. ITAM
ITAM은 antigen receptor signaling 외의 다른 signaling에도 관여합니다.
6. ITIM
- ITIM을 가지면, 세포들은 세포 내 신호 활성을 억제할 수 있습니다.
- ITIM은 B cell, T cell, NK cell등에서 발현이 됩니다.
- PIR-B, FcγRllB-1, CD22, BTLA, PD-1, KIR2DL, KIR3DL이 ITIM molecule을 가지는 inhibitory molecule입니다.