Kinesin

Fig 16–52. Kinesin superfamily. Kinesin-1(N-terminal motor, plus end), kinesin-5(tetramer, microtubule sliding), kinesin-13(중앙 motor, depolymerization), kinesin-14(C-terminal motor, minus end).

Kinesin은 대규모 protein superfamily로, motor domain(heavy chain)이 공통 요소이다. 효모에 6개, C. elegans에 20개, 인간에 45개의 kinesin이 있다.

Kinesin-1 구조

Kinesin-1은 두 개의 heavy chain으로 이루어진 이합체이다. 각 heavy chain은 N-terminal globular head(motor domain) + coiled-coil tail(dimerization) + C-terminal tail(cargo 결합) 구조이다. Heavy chain의 N-terminus에 motor domain이 있으며 plus end 방향으로 이동한다.

Hand-over-hand Stepping 메커니즘

Fig 16–53. Kinesin mechanochemical cycle. 두 motor domain이 “hand-over-hand” 방식으로 microtubule을 따라 이동한다. 각 step은 8 nm.

한 head(후방, lagging head)가 microtubule에 ATP와 함께 단단히 결합되어 있고, 다른 head(전방, leading head)는 ADP와 함께 느슨하게 결합되어 있다. Leading head에 ATP가 결합하면 neck linker가 앞으로 이동하며 후방 head를 앞으로 당긴다. ATP 가수분해와 Pi 방출 후 후방 head가 분리되어 새로운 위치로 이동한다. 이 과정이 반복되어 processively하게 microtubule plus end를 향해 이동한다.

Kinesin Family의 다양성

N-terminal motor domain: plus end 방향 이동 (대부분의 kinesin) C-terminal motor domain: minus end 방향 이동 (kinesin-14 계열) 중앙 motor domain: 이동하지 않고 microtubule end에서 depolymerization을 촉진 (kinesin-13)

세포 내에서 kinesin은 organelle과 vesicle을 세포 중심에서 periphery로(centrifugal) 수송하는 데 주로 사용되며, plus end 방향 수송을 담당한다. 척수에서 엄지발가락까지 1 m 길이의 축삭에서 mitochondria와 synaptic vesicle 전구체를 빠르게 수송(anterograde axonal transport)하는 것이 kinesin의 역할이다.