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Phosphatidylinositol(PI) and Phosphoinositides(PIPs)

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Phosphatidylinositol(PI) and Phosphoinositides(PIPs)

Circular transclusion detected: Cell-Biology/내용/13.-Intracellular-Membrane-Traffic/Vesicle-transportation/Vesicle-formation/Phosphatidylinositol(PI)-and-Phosphoinositides(PIPs)

개요

Phosphoinositides (PIPs)는 membrane의 약 10% 미만을 차지[^1]하지만 중요한 regulatory function을 가진다.[^기출_중간_2022_22][^기출_중간_2023_3][^기출_중간_2025_2] 이들은 organelle과 membrane domain의 molecular marker로 작용하며, vesicle transport의 여러 단계를 조절한다.

구조와 생성

PI(3,4,5) P3=phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate[^2][^기출_중간_2023_3][^기출_중간_2025_2]

Phosphatidylinositol (PI)

  • Inositol sugar head group을 가진 phospholipid[^3][^기출_중간_2023_3][^기출_중간_2025_2]
  • Head group의 3’, 4’, 5’ position에 free hydroxyl group 존재

Phosphoinositide (PIP) 생성

Inositol ring의 hydroxyl group이 phosphorylation되어 다양한 PIP 생성:

  • PI 3-kinase: PI → PI(3)P
  • PI 4-kinase: PI → PI(4)P
  • PI 5-kinase: PI(4)P → PI(4,5)P₂
  • 추가 phosphorylation으로 PI(3,4)P₂, PI(3,5)P₂, PI(3,4,5)P₃ 등 생성

명명법

  • 인산에스터 결합을 이루는 탄소가 1번. 여기부터 2,3,4,5,6
  • 인산화되는 탄소의 번호를 괄호 안에 적고, PI에서부터 추가로 붙은 인산기 개수만큼 PI()Pn
  • 읽는 법
    • “Phosphatidylinositol 3,4-bisphosphate”=PI(3,4)P₂
    • “Phosphatidiylinosito 3,4,5-trisphosphate”=PI(3,4,5)P₃
  • tri, bi는 인산기가 연속적으로 결합해 있는 ATP, ADP 같은 것에 쓰임.
  • PIP는 인산기가 연속 결합이 아니라 각기 다른 탄소에 결합했으므로 tris, bis를 씀.

Compartment-specific Distribution

각 organelle은 특정 PI와 PIP kinase 및 phosphatase를 가진다: 모두 cytosolic leaflet에 위치함

Distribution Pattern

  • Plasma membrane: PI(4,5)P₂ enriched
  • Early endosome: PI(3)P enriched
  • Late endosome: PI(3)P와 PI(3,5)P₂
  • Golgi apparatus: PI(4)P
  • ER: PI predominant

Enzyme Localization

  • PI and PIP kinase와 PIP phosphatase의 distribution이 highly compartmentalized[^기출_중간_2023_3][^기출_중간_2025_2]
  • 이들 enzyme의 distribution, regulation, local balance가 각 PIP species의 steady-state distribution 결정[^기출_중간_2023_3][^기출_중간_2025_2]

PIP-binding Domain을 통한 Protein Recruitment

많은 protein이 특정 PIP의 head group에 high specificity로 결합하는 domain 보유: 예를 들어, phagocytosis는 PI(4,5)P2 , PI(3,4,5)P3 가 진행하기 위한 주요 Phosphatidiylinositides 신호로 작용함.

수업에서 언급된 PIP 종류

어느 메커니즘에서어떤 PIP어느 단백질과어떻게 작용
Clathrin coatPI(4,5)P₂AP2AP2가 처음 membrane에 모집될 때 PI(4,5)P₂를 인식함.
Intralumenal vesicle 형성PI(3)PESCRT Protein Complex 중 ESCRT-0ESCRT Protein Complex 중 첫 단계 역할인ESCRT-0가 PI(3)P를 인식하여 메커니즘 시작
phagocytosisPI(4,5)P₂, PI(3,4,5)P₃WASP, Rac1/WAVEPI(3)P에서 PI(4,5)P₂로 인산화 : actin reorganization.
PI(4,5)P₂에서 PI 3-kinase가 PI(3,4,5)P₃로 인산화 : cup 닫기
이후 PIP2,PIP3는 사라지고 PI(3)P가 남아 early phagosome으로 역할
Pinching-OffPI(4,5)P₂dynamin메커니즘 첫단계에서 dynamin의 PH domain(PIP2 binding domain)이 cytosolic leaflet에서 PI(4,5)P₂와 결합
Rab5 associated domain formationPI(3)PRab5 effectors1. acitve Rab5가 PI 3-kinase activate → PI(3)P production
2. PI(3)P가 Rab effector (tethering protein 포함) binding stabilize
3. Rab-5 associated membrane patch 형성

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