스테로이드호르몬에 대한 반응

스테로이드호르몬에 대한 반응

발생중인 난모세포에서 나타나는 유전자 전사의 특이한 양상은 특정 성호르몬의 양에 의해서 결정된다. 이러한 현상은 동식물에서 모두 나타나는 것으로 호르몬이 유전자 전사에 영향을 줌으로써 유전자 발현을 조절하는 많은 사례 중 하나이다.

호르몬에 의한 조절 중 거의 확실하게 분석된 것이 에스트로겐, 프로게스테론 등의 여성성호르몬과 관련된 것이다. 에스트로겐과 프로게스테론 모두 스테로이드(steroid)이다. 이들 스테로이드에 의해 강하게 영향받는 조직 중 하나가 자궁의 내막(endometrium)이다. 에스트로겐에 노출된 후 프로게스테론에 노출되면 자궁내막이 두터워진다. 자궁내막의 세포는 RNA 합성과 단백질 합성이 더욱 활발해진다. 수일 동안 일어나며 전사를 방해하는 actinomycin D라는 항생제에 의해서 완전히 저해될 수 있기 때문에 이 반응은 새로운 유전자 발현이나 적어도 증가된 유전자 발현의 결과이다.

 

Actinomycin D는 모든 세포에서 정확한 방식으로 작용하는데 핵에서 DNA 에 결합하여 두 가닥의 DNA가 열리는 것을 막는다. 그리하여 DNA는 RNA 합성을 위한 주형으로서 작용할 수 없다. RNA를 새로이 넣어주지 않는다면 세포내에서는 곧 단백질 합성을 멈춘다. 프로게스테론에 대한 자궁내막의 반응을 actinomycin D 가 저해하는 것으로 보아서 프로게스테론은 유전자 전사의 조절인자임을 짐작할 수 있다.

자궁내막의 핵내에 프로게스테론이 축적되는 현상이 발견됨으로써 이러한 결론은 뒷받침되고 있다. 방사성 물질로 표지된 프로게스테론을 guinea pig 나 쥐 같은 실험용 동물에 주사하면 15분 이내에 자궁내막의 핵에서 방사능이 나타난다. 이러한 현상은 RNA나 단백질 합성의 증가보다 훨씬 빨리 일어난다. 더욱이 프로게스테론의 축적은 모든 세포에서 일어나는 것이 아니다. 예로 간세포나 혈구세포의 핵에는 이 호르몬이 축적되지 않는다. 단지 그 호르몬의 표적(target)세포(예를 들면 자궁내막)에서만 축적되며, 이러한 특정 세포만이 호르몬에 반응할 수 있다.

호르몬의 작용기작은 무엇인가? 다른 스테로이드처럼 프로게스테론은 소수성의 작은 분자이기에 모든 세포막을 통해서 자유롭게 확산될 수 있다. 혈류를 통해 모든 세포는 프로게스테론에 노출될 것이다. 그리고 사실 프로게스테론은 모든 세포내로 자유롭게 확산해 들어간다. 그러나 “표적”기관의 세포를 제외한 나머지 세포에서는 다시 자유롭게 확산해 나온다. 그러나 표적세포(예로 자궁내막세포)에서는 프로게스테론 - 수용체(progesterone receptor)라 하는 세포질 단백질과 단단히 결합한다. 수용체와 호르몬의 복합체는 핵으로 이동하여 DNA의 특정 염기서열, 즉 프로게스테론 반응인자(progesterone response element)에 결합한다. 프로게스테론-수용체가 반응인자에 결합함으로써 RNA합성이 시작된다(물론 실험적으로 actinomycin D를 처리하지 않는다면). 호르몬 자극으로 합성될 특정 단백질에 대한 정보가 합성되는 RNA에 포함되어 있음이 분석결과 밝혀졌다. 잘 밝혀진 다른 예를 들어 보면, 닭의 나팔관 세포에 프로게스테론이 처리되면 그 세포들은 곧 달걀 흰자의 주요 성분인 오브알부민(ovalbumin)이란 단백질을 다량 합성하기 시작하는데 이를 위하여 먼저 오브알부민의 mRNA가 세포질에 나타난다. 수시간 후 오브알부민의 mRNA 수는 세포당 10,000개 이상으로 증가한다. 즉 프로게스테론-수용체 복합체는 오브알부민 유전자를 작동시켜 전사한 것이다.

 

프로게스테론-수용체 복합체는 오브알부민 유전자를 활성시켰지만, 그러나 다른 세포에서는 촉진유전자에 호르몬수용체 복합체 결합으로 도리어 유전자 활성이 상실되는 경우도 있다. 그래서 한 종류의 전사조절인자는 어떤 유전자에서는 긍정적으로, 어떤 유전자에서는 부정적으로 조절하는 기능을 한다. 하나의 전사조절인자가 촉진유전자를 어떻게 활성시키고 또 저해하는지 좀더 밝혀져야 한다. 몇 가지 다른 기작이 연관되었을 것이다.