13강 / 20강

도미노 — 바깥의 일을 안으로 전한다

제13장 「Lck → ZAP-70 → LAT → PLC-γ1」

시냅스가 만들어졌습니다. 이제 그 사실을 핵까지 전해야 합니다.

그런데 세포막은 뚫려 있지 않습니다. TCR 이 바깥에서 무언가를 붙잡았다는 사실이 안쪽으로 저절로 넘어가지 않습니다.

분자들이 차례로 서로를 건드려 소식을 옮긴다

소설의 이름 목록이 여기 나옵니다 — Lck · ZAP-70 · LAT · PLC-γ1. 줄줄이 나와서 겁먹기 쉬운데, 하는 일은 전부 같습니다.

고등학생막은 뚫려 있지 않다

바깥에서 TCR 이 뭔가를 붙잡았습니다. 이 사실을 핵까지 전해야 해요.

그런데 세포막은 구멍이 뚫려 있지 않습니다. 신호가 그냥 통과할 수 없어요.

그래서 도미노를 씁니다

방법	무슨 일
인산기 하나를 붙인다	그 단백질의 모양이 바뀐다
모양이 바뀌면	다음 단백질이 달라붙는다
그 다음도 똑같이	줄줄이 이어진다

Lck · ZAP-70 · LAT · PLC-γ1 — 이름이 무섭지만 하는 일은 다 같습니다. 옆 것에 인산기를 붙여 넘기는 것뿐이에요.

신호는 이동하지 않습니다. 차례로 전달될 뿐입니다

옮기는 방법은 인산기 하나를 붙이는 것

소설의 설명이 정확합니다.

"옮기는 방법은 대개 인산기 하나를 붙이는 것이다. 인산기가 붙으면 그 단백질의 모양이 바뀌고, 모양이 바뀌면 다음 단백질이 달라붙는다. 도미노다."

순서	누가	무엇에 인산기를	그래서
1	Lck	CD3ζ 의 ITAM	ZAP-70 이 붙을 자리가 생긴다
2	ZAP-70	LAT	LAT 이 여러 단백질을 모으는 판이 된다
3	LAT 위에서	PLC-γ1 이 활성화	지질을 잘라 두 번째 전령을 만든다

여기서 LAT 이 재미있습니다. LAT 은 효소가 아니라 판(scaffold) 입니다 — 인산기가 여러 개 붙으면 그 자리에 다른 단백질들이 줄줄이 달라붙어 한자리에 모입니다.

신호를 전달하는 것이 아니라 모이는 자리를 만드는 역할입니다.

왜 이렇게 여러 단계인가

한 단계로 끝내면 안 될까요? 소설이 답합니다.

"도미노를 여러 줄로 세워 둔 데는 이유가 있다. 한 줄이면 실수 한 번에 세포가 켜진다. 여러 줄이 모두 넘어져야 켜지게 해 두면 웬만해서는 잘못 켜지지 않는다."

그리고 이유가 하나 더 있습니다. 증폭입니다.

단계	효과
잡음 제거	여러 단계를 다 통과해야 하므로 우연한 활성화가 걸러진다
증폭	효소 하나가 기질 여러 개를 인산화한다 — 단계마다 수가 늘어난다
조절 지점	단계마다 끄는 장치를 달 수 있다 (인산가수분해효소)

세 번째가 10강의 CD45 와 이어집니다. 끄개는 단계마다 있고, 켜는 일은 그 끄개를 이겨야 합니다. 그래서 신호가 강하고 오래 와야 합니다 — 9강입니다.

고등학생왜 한 단계로 안 끝내나

귀찮게 왜 여러 단계일까요? 이유가 셋입니다.

	효과	비유
1	실수로 안 켜진다	도미노 여러 줄이 다 넘어져야 한다
2	증폭된다	효소 하나가 여러 개를 처리
3	조절할 수 있다	단계마다 브레이크를 달 수 있다

첫 번째가 가장 중요합니다

한 단계면 실수 한 번에 T세포가 켜집니다. 그리고 잘못 켜지면 자가면역이에요.

여러 단계를 다 통과해야 켜지게 하면, 어쩌다 하나가 잘못 켜져도 거기서 멈춥니다.

단계가 늘수록 S자가 가팔라집니다. 그 가파름이 곧 잡음과 신호를 가르는 능력입니다.

Python 브라우저에서 실행

# 다단계 연쇄가 왜 잡음을 걸러 내면서 신호는 키우는가.
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

def cascade(x, n_steps, amp=8.0, k=0.5):
    # 각 단계: 포화가 있는 활성화. 입력이 문턱을 넘어야 다음으로 넘어간다.
    for _ in range(n_steps):
        x = amp * x**2 / (k**2 + x**2)      # 협동적 반응 (Hill n=2)
        x = min(x, 1.0) if x < 1 else 1.0
    return x

xs = np.linspace(0, 1, 400)
fig, ax = plt.subplots(figsize=(8.5, 3.2))
for n, c in ((1,"tab:gray"), (2,"tab:blue"), (4,"tab:red")):
    ys = [cascade(x, n) for x in xs]
    ax.plot(xs, ys, lw=2, color=c, label=f"{n} steps")
ax.axvline(0.15, ls="--", c="gray", lw=.8)
ax.set_xlabel("TCR signal (input)"); ax.set_ylabel("output"); ax.legend(fontsize=8)
plt.tight_layout(); plt.show()

print(f'{"단계":>6}{"잡음(0.15) 통과":>18}{"신호(0.6) 통과":>18}{"신호/잡음":>12}')
for n in (1, 2, 3, 4):
    noise, sig = cascade(0.15, n), cascade(0.6, n)
    ratio = sig/noise if noise > 1e-9 else float("inf")
    print(f"{n:>6}{noise:>17.5f}{sig:>18.4f}{ratio:>12.1f}")
print()
print("단계가 늘수록 곡선이 S자로 가팔라집니다.")
print("약한 입력은 더 약해지고, 센 입력은 포화까지 갑니다.")
print()
print("이것이 '실수 한 번에 켜지지 않는' 구조입니다.")
print("대신 대가가 있습니다 -- 단계마다 시간이 걸립니다 (9강의 대가와 같습니다).")

고등학생위 코드가 방금 무슨 일을 했나요

단계 수를 1·2·4로 바꿔 가며, 약한 입력과 센 입력이 각각 얼마나 통과하는지 그렸습니다.

단계	약한 신호(잡음)	센 신호
1	어느 정도 통과	통과
4	거의 0	통과

곡선 모양을 보세요

단계가 늘수록 S자가 가팔라집니다. 약한 건 더 약해지고, 센 건 끝까지 갑니다.

이런 걸 스위치처럼 행동한다 고 말해요 — 어중간한 상태가 없어집니다.

가파른 S자 = 잡음을 거르는 능력

🤔 확인 문제

T세포 신호 전달이 여러 단계의 인산화 연쇄로 되어 있는 이유로 알맞지 않은 것은?

🤔 확인 문제

LAT 이 다른 신호 전달 단백질과 다른 점은?