Structure and Function of Cadherin

Extracellular 구조

Figure 19-6. (A) Classical cadherin의 extracellular region에는 5개의 EC domain이 있으며, 각 hinge 근처에 Ca²⁺(붉은 점)가 결합하여 구조를 경직시킨다. Homophilic binding은 N-terminal tip의 EC domain 사이에서 발생한다—한 분자의 knob이 상대 분자의 pocket에 삽입되는 방식이다. (B) Ca²⁺가 제거되면 hinge가 유연해져 분자가 흐물흐물해지고 결합 능력을 잃는다. (C) 세포-세포 junction에서 cadherin 분자들은 Velcro처럼 측면-측면 배열(side-to-side)로 촘촘히 연결되어 강한 부착을 형성한다.

각 cadherin은 extracellular cadherin (EC) domain 여러 개로 구성된다. Classical cadherin은 5개의 EC domain을 가지며, 각 domain은 다소 경직된 단위를 이루고, 인접 domain 사이는 hinge로 연결된다.

Ca²⁺의 역할: Ca²⁺가 각 hinge 근처에 결합하면 hinge가 구부러지지 않아 전체 cadherin 분자가 경직된 약간 곡선형 막대처럼 행동한다. Ca²⁺가 제거되면 hinge가 유연해지고 N-terminal 쪽의 conformation이 변화하여 homophilic binding 능력이 약화된다.

Homophilic Binding 기전

Homophilic binding은 cadherin 분자의 N-terminal tip(막에서 가장 먼 EC domain)에서 발생한다. 각 N-terminal EC domain은 knob과 pocket을 형성하며, 반대 세포의 cadherin 분자와 knob-into-pocket 방식으로 결합한다 (→ Homophilic vs heterophilic binding).¹

Velcro 원리: 선형 배열과 Mat 구조

Figure 19-6C. 같은 세포의 cadherin들은 N-terminal head 영역 간 side-to-side 상호작용으로 선형 배열을 이루고, 인접 세포의 수직(perpendicular) 배열과 결합하여 촘촘한 mat 구조를 형성한다.

개별 cadherin-cadherin 결합의 친화도는 낮다. 강한 부착은 많은 약한 결합이 병렬로 형성될 때 나타난다.

선형 배열 형성: 같은 세포 위의 cadherin 분자들은 N-terminal head 영역 간 side-to-side 상호작용으로 집합화되어 선형 배열(linear array)을 이룬다.

수직 배열 간 결합: 한 세포의 선형 배열은 인접 세포의 선형 배열과 수직(perpendicular)으로 배향된다. 양쪽 세포의 여러 수직 배열들이 상호작용하여 촘촘한 cadherin 단백질 mat을 형성한다.

Velcro 유사 분리 기전: 이 구조는 Velcro처럼 전체적으로는 강하지만, 순차적으로 분리하면 쉽게 분해할 수 있다. 성숙한 adherence junction은 수백~수천 개의 cadherin 분자를 포함하는 거대 단백질 복합체이며, 세포외측에서는 cadherin domain 간 lateral 상호작용으로, 세포내측에서는 actin cytoskeleton과의 연결로 안정화된다.

Footnotes

1. 2023 기말 24번 — cadherin intracellular domain에 직접 결합하는 단백질로 β-catenin과 p120-catenin이 정답 근거로 활용됨. ↩