1. 소개

세포간 신호전달은 특정 수용체 ​​단백질을 활성화하는 호르몬, 사이토카인, 신경전달물질, 오토코이드 및 기타 신호전달 매개체에 의존합니다. 수용체의 위치에 따라 리간드와 수용체의 결합은 세포 표면이나 세포 내부에서 발생할 수 있습니다. 표면 수용체는 감각, 면역 및 신경 신호 전달 계통과 관련된 보다 빠른 반응을 활성화하는 반면, 세포 내 수용체는 대사, 운명 또는 분화를 변경하여 세포가 세포 외 및 환경 입력에 적응할 수 있도록 하는 전사 변화를 중재합니다. 친수성 신호 분자(펩타이드, 아민)는 광범위한 세포내 신호 활성을 유발하는 리간드 개폐 채널, 수용체 티로신 키나제 또는 G 단백질 결합 수용체(GPCR)로 구성된 세포 표면에 위치한 수용체와 결합합니다. 한편, 친유성 호르몬(레티노이드, 스테롤 및 기타 지질 신호 전달 매개체)은 표적 세포의 막을 통과하여 전사 조절을 수행하는 세포내 수용체에 결합합니다. 그러나 표면 수용체와 주로 상호작용하는 친유성 신호 분자(에이코사노이드, 스핑고신 1-포스페이트)의 많은 예뿐만 아니라 표면 및 세포내 수용체를 통해 신호 활동을 수행하는 친유성 신호 전달 매개체의 예에는 예외가 있습니다[ 1 ] .

핵 호르몬 수용체(NHR)는 진화적으로 보존된 모듈 도메인 구조를 공유하는 리간드 의존성 전사 인자 계열을 나타냅니다([ 2 , 3 ]에서 검토됨). N 말단(A/B) 도메인은 가변적이고 무질서하며 다음 영역을 포함합니다. 다양한 공동 조절자와 상호 작용하는 DNA 결합(C) 도메인은 표적 유전자를 제어하는 ​​인핸서 영역에서 발견된 특정 반응 요소(RE)에 결합하는 두 개의 징크 핑거 모티프를 포함하는 DNA 결합(C) 도메인으로 이어집니다. 유연한 힌지 도메인(D)이 분리됩니다. 이름에서 알 수 있듯이 리간드 선택성을 부여하는 C 말단 리간드 결합 도메인(E)의 DNA 결합 도메인 두 번째 보조 인자 상호 작용 영역(AF-2)은 리간드 결합 도메인 내에 위치합니다. NHR은 다음과 같은 기능을 할 수 있습니다. 리간드 결합 도메인(E)에 리간드가 결합하면 DNA 결합, 보조인자 모집 영역에 알로스테릭하게 전달되는 형태 변화가 발생하고 이량체 파트너와 함께 존재하는 도메인에도 전달될 수 있습니다. .

NHR은 신호 메커니즘에 따라 분류될 수 있습니다[ 3 ]. 에스트로겐 및 프로게스테론 수용체와 같은 연결되지 않은 유형 I 수용체는 샤프론 단백질과 결합하여 세포질 내에서 발견됩니다. 리간드가 결합하면 I형 수용체는 핵으로 이동하여 동종이량체로서 역반복 DNA 모티프와 결합합니다. 유형 II 수용체에는 갑상선 호르몬과 레티노산 수용체가 포함되는데, 이는 레티노이드 X 수용체(RXR)와 이종이량체를 형성하고 DNA에 결합된 핵에 위치하며 갑상선의 보조억제인자 및 히스톤 데아세틸라제(HDAC) 복합체와 연관되어 있습니다. 리간드 부재. 리간드의 결합은 제2형 NHR이 보조억제인자 복합체로부터 분리되고 보조활성인자와 결합하여 표적 유전자의 전사를 가능하게 합니다. 유형 III 및 IV 수용체는 유형 I NHR과 유사한 메커니즘을 가지고 있지만 이량체화 및 인식하는 DNA 반응 요소의 유형이 다릅니다. 통합 명명법 시스템은 계통발생적으로 관련된 과를 기준으로 NHR 구성원을 분류합니다[ 4 ].

NHR 리간드는 단거리 및 장거리 신호 전달에 모두 관여합니다. 스테로이드, 갑상선 호르몬, 1α,25-디하이드록시비타민 D ₃ 와 같은 일부 NHR 리간드는 순환을 통해 공급원에서 멀리 이동하여 표적 기관에 도달하고 내분비 신호를 수행할 수 있습니다. 다른 NHR 리간드의 경우 혈청 내 주요 순환 형태는 비활성 전구체입니다. 이러한 NHR은 리간드가 생성되는 동일한 세포(자가분비) 또는 이웃 세포(측분비)에 대한 단거리 측분비 신호 전달에 주로 관여합니다. 다양한 친유성 호르몬 또는 프로호르몬의 순환 형태는 특이적 또는 비특이적 혈청 결합 단백질과 연관되어 있습니다. 이러한 운반체 단백질에는 갑상선 호르몬(트랜스티레틴, 티록신 결합 글로불린), 레티놀(레티놀 결합 단백질 4), 스테로이드 호르몬(코르티코스테로이드 결합 글로불린, 성호르몬 결합 글로불린) 및 기타 스테롤(비타민 D 결합)의 수송에 관여하는 단백질이 포함됩니다. 단백질). 또한, 친유성 호르몬 및 전구체는 지질단백질 또는 비특이적 혈청 단백질(혈청 알부민, 알파-태아단백질)과 결합할 수도 있습니다.

NHR 리간드의 과잉과 결핍 모두 각각의 NHR 신호 패턴의 변화를 통해 질병을 유발할 수 있습니다. 신호 매개체의 활성 형태를 적절한 수준으로 유지하려면 생물학적 시스템이 호르몬의 합성, 분비, 수송 및 분해 속도를 적극적으로 조정해야 합니다. 외부 환경의 변화에도 불구하고 내부 정상성을 유지하는 능력은 모든 내분비 조절기의 주요 특징이며 생물학적 시스템의 항상성을 보장합니다[ 5 ]. 핵 호르몬 항상성은 부정적인 피드백 조절에 크게 의존합니다. 일반적으로 호르몬 수준의 교란은 호르몬 대사에 관여하는 수송체, 결합 단백질, 합성 및 이화 효소를 코딩하는 유전자 발현의 적응적 변화를 유발합니다. 종종 호르몬 대사에 관여하는 유전자의 전사는 특정 호르몬의 표적이 되는 NHR과 동일한 NHR을 통해 직접적으로 또는 간접적으로 조절됩니다. 비타민 A의 경우처럼 식이 전구체에서 파생된 NHR 리간드의 경우 피드백 조절은 식이 전구체의 화학적 특성, 수준 또는 흡수의 변화도 고려해야 합니다. 여기서는 스트레스 요인, 식이 변화, 약물, 독소 및 질병에 의한 비타민 A 대사 방해와 같은 환경 요인에 반응하여 활성 형태의 비타민 A 생산을 조정하는 적응 변화에 초점을 맞출 것입니다.

2. 생리활성 비타민 A 대사산물

비타민 A는 인간 식단의 주요 영양소이며 시력, 배아 발달, 면역, 조직 복구 및 항상성을 유지하는 데 특히 중요합니다. 비타민 A 활성을 갖는 식이 화합물에는 미리 형성된 올- 트랜스 -레티놀(간단히 설명하기 위해 레티놀이라고 함)과 레티닐 에스테르뿐만 아니라 프로비타민 A 카로티노이드(예: β-카로틴 또는 β-크립토잔틴)도 포함됩니다. 미리 형성된 비타민 A 또는 프로비타민 A 카로티노이드에서 비타민 A 섭취량은 레티놀 1μg, β-카로틴 12μg 또는 α-카로틴 또는 β-크립토잔틴 24μg에 해당하는 레티놀 활성 등가(RAE)로 보고됩니다. [ 6 ]. 프로비타민 A 카로티노이드는 적어도 하나의 변형되지 않은 이오논 고리를 가짐으로써 인식될 수 있습니다. 그러나 일부 종에서는 변형된 β-이오논 고리를 가진 여러 자연 발생 화합물이 일부 비타민 A 특정 시각 기능을 충족할 수도 있습니다. 예를 들어 all- trans -3,4-didehydroretinol은 all- trans -레티놀은 민물고기와 양서류의 시각 발색단으로 사용되며, 비타민 A3(all- trans -3-hydroxy-retinal)는 크산토필 카로티노이드에서 추출되며 곤충의 시각 발색단으로 사용됩니다. 비타민 A의 생물학적 활동을 수행하는 합성 및 천연 화학종은 레티노이드라고 알려져 있습니다 [ 7 ]. 많은 합성 레티노이드가 피부 질환 및 암 치료에 임상적으로 사용됩니다. 자연에서 모든 비타민 A 화합물은 식물, 곰팡이 및 박테리아를 포함한 다양한 광합성 및 비광합성 유기체에 의해 합성된 카로티노이드의 생체변환을 통해 파생됩니다. 미리 형성된 비타민 A와 프로비타민 A 카로티노이드 전구체는 모두 인간의 식단에서 비타민 A의 중요한 공급원을 나타냅니다[ 6 ].

가장 잘 알려진 비타민 A의 생리활성 형태는 11- cis -retinaldehyde와 all- trans -retinoic acid입니다. 시각 과정 내에서 감광성 발색단 11- 시스-레틴 알데히드는 옵신 계열(멜라놉신과 원뿔 및 막대 옵신으로 표시됨)의 GPCR에 공유 결합됩니다. 빛의 모든 광자는 11- cis -retinaldehyde를 all- trans -retinaldehyde로 이성질체화하고, 이는 시각 순환을 통해 다시 11- cis -retinaldehyde 로 재활용됩니다 [ 8 ]. 비타민 A의 비시각적 기능은 레티노산 수용체(RAR)-α, -β 및 -γ(각각 NR1B1-B3으로 분류됨)의 리간드인 전 트랜스 -레티노산(RA)을 통해 수행됩니다. [ 9 ] . RAR 이소형은 레티노이드 X 수용체(RXR)-α, -β 및 -γ(각각 NR2B1-B3)와 이종이합체를 형성하여 대체 접합을 통해 파생된 추가 이소형을 고려하지 않고 9개의 가능한 RAR-RXR 조합을 생성합니다. RA 이성질체인 9- cis -RA는 RAR과 RXR 모두의 강력한 리간드이며 특정 설정에서 RXR 동종이합체와 허용성 RXR 이종이합체를 활성화할 수 있습니다[ 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 ]. RA 및 11- cis -retinal 외에도 여러 다른 비타민 A 대사산물도 생물학적 활성을 나타내는 것으로 나타났습니다. 14- 하이드록시-4,14-레트로-레티놀, 안하이드로레티놀, 4-옥소-레티노이드와 같은 레트로 레티노이드와 고리 산화 형태의 레티놀 및 RA는 조직에서 검출될 수 있으며 일부 조직에서 신호 활성을 수행하는 것으로 나타났습니다. 설정 [ 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 ].

하나의 포화 이중 결합인 디히드로 - 레티노이드를 함유한 레티노이드는 잠재적인 생체 활성 비타민 A 대사산물의 새로운 부류를 나타냅니다. 일부 디히드로 -레티노이드는 레티놀 포화효소(RETSAT)를 통해 효소적으로 유도됩니다. RETSAT는 입체특이적으로 all- trans -retinol을 (13R ) -all- trans -13,14-dihydroretinol로 전환한 다음 ( 13R ) 의 전구체로 작용합니다. -all- trans -13,14-디히드로레티노산 [ 26 , 27 , 28 ]. Zebrafish RETSAT는 또한 all- trans -7,8-dihydroretinol 의 형성을 촉매할 수 있습니다 [ 29 ]. All- trans -13,14-dihydroretinoic acid는 in vitro에서 선택적이고 강력한 RAR 리간드이지만, in vivo에서 all-trans-13,14-dihydroretinoic acid의 수준과 전사 활성은 RA 에서 나타나는 것보다 훨씬 낮습니다 . 30 , 31 ]. 또한 9- cis -13,14-dihydroretinoic acid 및 그 4-oxo-대사산물 과 같은 여러 cis - dihydro -retinoid 대사산물은 생체 내에서 상당한 양으로 검출될 수 있으며 RXR의 내인성 리간드로 작용하는 것으로 제안되었습니다 . , 33 , 34 , 35 , 36 , 37 ]. 그러나 RXR 또는 다른 NHR의 활성화에서 디하이드로 -레티노이드 의 역할에 대한 유전적 증거는 아직 부족합니다[ 30 , 38 ]. 예를 들어, Retsat 결핍은 지질 대사, 면역 반응 및 산화 스트레스와 관련된 다양한 생물학적 과정에 영향을 미치지만 이러한 효과 중 어느 것도 현재 알려진 all- trans -13,14-dihydroretinol 제품에 의해 매개되는 것으로 보이지 않습니다[ 31 , 39 , 40 , 41 , 42 , 43 ].

RAR-RXR을 통한 표준 전사 활동 외에도 RA는 대체 신호 전달 방식을 수행할 수도 있습니다([ 44 ]에서 검토). RA-RAR은 p38 미토겐 활성화 단백질(MAP) 키나제 경로 및 PI3 키나제 경로와 같은 키나제 신호 전달 경로의 활성화를 통해 비게놈 효과를 초래할 수 있습니다[ 45 , 46 , 47 ]. RA와 레티놀의 다른 비게놈 활성도 대사, 세포 성장 및 시냅스 가소성의 조절과 관련되어 있습니다 [ 48 , 49 , 50 , 51 , 52 ].

결론적으로, 축적된 증거는 비타민 A가 11- 시스- 레틴알데히드 및 ​​RA 이외의 대체 대사산물을 통해 작동할 수 있음을 시사합니다 . 또한 알려진 증거와 새로운 생체 ​​활성 레티노이드 대사 산물 모두 시력이나 RAR/RXR을 통한 전사 조절에 관여하는 경로 이외의 대체 경로를 통해 신호를 보낼 수 있다는 증거가 있습니다. 그러나 비타민 A의 이러한 대체 기능에 대한 우리의 이해는 제한적이며 그러한 효과의 생물학적 관련성을 평가하려면 더 많은 지원이 필요합니다 [ 53 , 54 ].

3. RAR-RXR에 의해 중재되는 전사 조절

RA는 배아 발달과 성인 생활에서 중요한 역할을 합니다([ 55 ]에서 검토됨). RA는 배아 발생 동안 전후 패턴화 및 기관 형성에 필요합니다[ 55 , 56 , 57 , 58 ]. 이러한 이유로 RA 수준의 약간의 변화라도 배아 조직의 RA는 발달 결함 및 배아 치사로 이어질 수 있습니다.[ 56 , 59 , 60 ] 출생 후 RA는 조직의 기능과 재생을 유지하는 데 필요합니다.[ 61 ] 성인의 조직 RA 수준 변화는 손상과 관련이 있습니다. 면역 및 생식, 심혈관, 피부 및 대사 장애 [ 62 , 63 , 64 , 65 , 66 ].

RAR-RXR의 활성화는 전사 환경과 세포의 단백질 구성에 광범위한 변화를 가져옵니다[ 67 ]. 배양된 세포를 RA로 처리하면 수천 개의 전사체(차등적으로 발현되는 유전자 또는 DEG라고 함)의 발현이 상향 조절되거나 하향 조절됩니다. 전사체 변화의 상당 부분은 해당 단백질 수준의 변화에도 반영됩니다[ 60 ]. 또한, RAR에 대한 항체를 사용한 염색질 면역침전-고처리량 시퀀싱(ChIP-Seq)을 기반으로 한 연구에서는 RAR이 차지하는 DNA 서열의 수가 실제로 DEG 의 수보다 훨씬 더 많다는 사실이 밝혀졌습니다 . 69 ]. 생체 내에서 RA에 의해 조절되는 것으로 확인된 유전자의 수도 상당합니다. 유전자 발현의 이러한 변화는 RA 과잉 또는 RA 형성 억제제에 노출된 동물에서 볼 수 있습니다[ 60 ]. 예를 들어, 전사체 분석에서는 RA 합성 효소 RALDH2를 코딩하는 유전자가 제거된 결과 수천 개의 유전자 발현이 배아에서 변경되는 것으로 나타났습니다[ 70 ]. 우리는 RAR-RXR에 의한 전사 활성화 메커니즘을 간략하게 검토하고 이 주제에 관한 자세한 내용은 최근 여러 리뷰를 독자에게 참조하도록 할 것입니다[ 55 , 71 ].

동족 수용체 RAR-RXR을 통한 RA의 전사 조절은 다른 유형 II NHR과 유사한 방식으로 작동하며그림 1. 간략하게, RAR-RXR 복합체의 DNA 결합 또는 C-도메인은 전형적으로 1개, 2개 또는 5개 뉴클레오티드의 스페이서에 의해 분리된 RGKTCA 모티프의 직접 반복부(DR)로 구성된 특정 반응 요소(RARE)를 인식하며, 각각 DR1, DR2, DR5라고 합니다[ 72 ]. NR 결합 부위를 예측하기 위해 표준 DR 모티프를 수용하고 사용함에도 불구하고 NR은 종종 헥사머 모티프의 방향과 서열의 변화, 스페이서 길이가 다른 DR(DR0) 및 일부 경우를 포함하여 난잡한 방식으로 DNA 서열을 인식합니다. 심지어 절반 사이트 [ 73 , 74 ]. RARE는 인트론 내 상류 또는 하류에서 발견 될 수 있고 종종 표적 유전자로부터 상당한 거리에서 발견될 수 있는 인핸서와 같은 유전자의 cis- 작용 조절 도메인 내에서 발견됩니다. RARE를 보유하는 인핸서는 양방향으로 작용하여 동일한 염색체에서 표적 프로모터의 전사를 증가시킬 수 있으며 동일한 RARE가 여러 유전자에 작용할 수 있는 예가 있습니다[ 75 ].

 

그림 1

RAR-RXR의 전사 메커니즘. RAR-RXR은 표적 유전자의 인핸서 영역에서 발견되는 RARE 요소와 결합합니다. RA가 RAR-RXR에 결합하면 NCOR/SMRT 및 관련 HDAC 효소와 같은 보조억제인자의 해리가 발생하고, HAT 및 히스톤 메틸라제 효소를 포함하는 SRC와 같은 보조활성인자가 동원됩니다. 반대로, RA 결합은 RAR에 의한 특정 표적의 리간드 유도 억제를 허용합니다. 염색질 개방은 RNA 중합효소에 의한 전사의 개시를 가능하게 합니다. RAR-RXR은 자체 인코딩 유전자(Rara, Rarb, Rarg)의 발현을 제어하거나 RARE를 보유하는 직접 표적 유전자를 제어할 수 있습니다. 많은 레티노이드 반응 유전자는 중간 RA 반응 전사 인자를 통해 간접적으로 조절되기도 합니다. BioRender.com으로 작성됨(2022년 2월 16일 액세스).

RAR-RXR의 활성은 RA 리간드에 의해 조절됩니다. 리간드가 없는 경우, RAR-RXR은 레티노산의 침묵 매개체 및 갑상선 호르몬 수용체(SMRT)/핵 수용체 보조억제제(NCo-R) 및 HDAC로 구성된 보조억제 복합체와 연관됩니다[ 76 , 77 , 78 ]. RAR의 F 또는 리간드 결합 도메인에 대한 RA의 결합은 RAR-RXR이 염색질 이완을 중재하고 프로모터 활성을 향상시키는 SRC-1(NCOA1) 및 히스톤 아세틸라제(HAT)와 같은 보조 활성화제 단백질 복합체를 모집할 수 있도록 하는 형태 변화를 유도합니다. 79 ]. 다양한 세포 유형은 RAR-RXR 활동에 대한 세포 유형별 컨텍스트를 제공하는 RAR-RXR 공동 조절자의 다양한 레퍼토리를 표현합니다. 리간드 의존성 전사 활성화 외에도 리간드 결합 RAR-RXR은 [ 82 ] 에서 검토 한 특정 유전자 표적의 인핸서 도메인에 대한 특정 억제 복합체의 모집을 통해 억제를 유도할 수도 있습니다 . 또한 특정 시점에서 RAR이 차지하는 유전자 조절 요소의 수는 RA 치료에 의해 발현이 변경될 수 있는 유전자의 수보다 훨씬 많습니다. 이는 RAR의 활성을 제어하는 ​​2차 수용체 후 메커니즘이 있음을 시사합니다. RA 바인딩 RAR. RAR의 세 가지 이소형은 중복되지 않는 유전자 표적 및 조직 발현 패턴을 나타내지만, 단 하나의 RAR 이소형( Rara ^-/- , Rarb ^-/- 및 Rarg ^-/- )의 결핍은 남아 있음으로써 상당 부분 보상될 수 있습니다. 동형. 그러나 조합 녹아웃 마우스 Rara ^−/− Rarb ^−/− , Rara ^−/− Rarg ^−/− , Rarb ^−/− Rarg ^−/− 또는 Rara ^−/− Rarb ^+/ 에서 볼 수 있는 RAR의 하나 이상의 이소형 결핍 ⁻ Rarg ^−/−는 치사율을 초래합니다 [ 83 , 84 ]. RAR 조합 돌연변이에서 관찰된 많은 결함은 심각한 RA 결핍 마우스에서 나타난 결함과 동일합니다.

4. 비타민 A 보충

비타민 A 결핍은 대규모 보충 캠페인에도 불구하고 개발도상국에서 수백만 명의 어린이와 가임기 여성의 삶에 영향을 미치는 중요한 공중 보건 문제입니다[ 85 ]. 동시에, 다량의 미리 형성된 비타민 A(60,000mcg RAE(200,000IU))를 보충하여 비타민 A 결핍을 완화하면 비타민 A 과다증이 발생하여 어린이의 뼈 흡수 및 성장 장애, 고관절 골절 및 골다공증이 발생할 수 있습니다. 노인의 경우 [ 86 , 87 ] 미리 형성된 비타민 A(보충제의 비타민 A > 10,000 IU/일) 섭취를 적당히 증가시켜도 신경 능선 유래 구조의 발달 장애(신경 크리스토병증)와 관련된 선천적 결손 발생률 증가와 관련될 수 있습니다. [ 88 ] 현재 임산부의 허용 가능한 상한 섭취량이 9333~10,000 IU/일(권장 식이 허용량, 임산부의 RDA는 2500~2567 IU 레티놀/일)이라는 점을 고려할 때 이러한 발생률 증가는 특히 우려됩니다.

β-카로틴은 최기형성의 관점에서 미리 형성된 레티놀에 비해 훨씬 안전한 형태의 비타민 A 보충제임에도 불구하고 높은 β-카로틴 섭취는 환경 스트레스 요인 및 동반 질환과 부정적으로 상호 작용하여 질병 위험을 증가시킬 수 있습니다[ 89 , 90 ]. 반면, 모든 레티노이드 기반 치료법은 독성과 기형 발생 위험이 높은 것으로 알려져 있습니다. 이러한 연구와 임상 관찰은 효과적이고 안전한 레티노이드 요법과 비타민 A 보충 프로그램이 적절한 비타민 A 지원 기능을 보장해야 하지만 레티노이드 과잉으로 인한 해로운 영향으로부터 보호하는 방식으로 그렇게 해야 한다고 주장합니다. 비타민 A의 대사를 지배하는 규제 피드백 과정을 더 잘 이해하는 것은 보다 안전한 보충 프로그램을 개발하는 데 중요합니다.

비타민 A 흡수 및 전달, RA의 합성 및 분해를 담당하는 경로는 최근 몇 가지 우수한 리뷰의 주제가 되었습니다[ 55 , 91 , 92 , 93 , 94 , 95 ]. 이번 검토에서는 주로 RA가 자체 대사를 제어하는 ​​메커니즘에 중점을 둘 것입니다.

5. 비타민 A 흡수

장 내강에서 비타민 A의 흡수는 지질 흡수의 일반적인 메커니즘을 따르며 다음과 같이 설명되어 있습니다.그림 2. 담즙염은 지질을 용해시키고 레티닐 에스테르와 카로티노이드가 교반되지 않은 층을 통과하여 장 브러시 경계 막에 도달하는 혼합 미셀로 통합되는 것을 돕습니다. 담즙 합성 또는 분비 장애와 관련된 질병은 비타민 A 결핍으로 이어질 수 있습니다 [ 96 ]. 췌장 리파제는 레티닐 에스테르를 레티놀로 가수분해합니다. 비타민 A 결핍(VAD) 식이를 유지하는 생쥐에서 비타민 A 흡수를 촉진하기 위해 담즙산 합성과 분비가 모두 증가합니다. 반대로 비타민 A가 충분한 경우 담즙산 합성이 감소합니다[ 97 ].

 

그림 2

비타민 A의 흡수 및 전달. 비타민 A는 레티닐 에스테르(RE)의 가수분해와 세포 레티놀 결합 단백질 2(CRBP2) 및 레시틴:레티놀 아실트랜스퍼라제(LRAT)를 통해 레티놀의 재에스테르화 후 소장의 내강에서 흡수됩니다. . RE는 킬로미크론의 일부로 장세포에 의해 분비되며 림프계(녹색)를 통해 순환하고 순환계(빨간색 점선)로 들어갑니다. 킬로미크론은 지질단백질 리파제(LPL)를 통해 가수분해되어 레티놀을 눈, 지방 조직 및 태반과 같은 표적 조직에 전달하고 잔여물로 간에서 제거됩니다. 간은 LRAT의 작용을 통해 HSC에 레티놀을 RE로 저장합니다. 필요할 때 간 성상세포(HSC)는 RE를 가수분해하고 순환계에서 트랜스티레틴(TTR)과 결합하여 레티놀 결합 단백질 4(RBP4)에 결합된 레티놀을 분비합니다. RBP4는 레티노산 6(STRA6)에 의해 자극된 수용체를 발현하는 조직에서 레티놀을 전달할 수도 있고 흡수할 수도 있습니다. RBP4는 지질단백질 수용체 관련 단백질 2(LRP-2 또는 메갈린)-큐빌린 복합체를 통해 신장 근위세뇨관에서 재흡수됩니다. 간 RBP4 수용체 RBPR2는 또한 간에 의한 RBP4 흡수에 역할을 할 수 있습니다. 단식 중에 간은 레티놀을 동원하는 대체 수단으로 VLDL과 함께 RE를 분비할 수도 있습니다(표시되지 않음). BioRender.com으로 작성됨(2022년 2월 16일 액세스).

장 내강에서 레티놀을 흡수하려면 특정 수용체가 필요한 것으로 보이지 않지만 솔 경계 세포 내에서 레티놀의 에스테르화를 통해 대량 활동 동역학을 활용합니다. 장 및 다른 조직에서 레티닐 에스테르 합성에 관여하는 가장 중요한 효소는 다양한 인지질의 sn -1 위치에서 얻은 지방산을 레티놀로 전달하는 레시틴:레티놀 아실트랜스퍼라제(LRAT)입니다[ 98 , 99 ]. 아실-CoA 의존성 트랜스퍼라제(ARAT) 활성을 갖는 여러 다른 효소도 레티놀의 에스테르화를 수행하는 것으로 나타났지만 이들의 활성은 주로 유선과 피부에서 역할을 하는 것으로 보입니다[ 100 ]. 추정 ARAT 효소 에 대한 유전 적 절제 연구 는 레티놀 에스테르 화 에 대한 심오 하거나 구체적인 효과를 보여주지 못했습니다 . LRAT 외에도, 장세포는 에스테르화를 위해 레티놀을 LRAT로 전달하는 데 필요한 세포성 레티놀 결합 단백질 2(RBP2에 의해 암호화된 CRBP2)도 발현합니다([ 94 , 105 ] 에서 검토 ). 생쥐 의 모체 Rbp2 기능 상실은 어미에게 중간 정도의 비타민 A 수준(4 IU의 레티닐 팔미테이트/g)이 함유된 사료를 먹일 때 태아 사망을 초래 합니다 . 장세포에서 합성된 레티닐 에스테르는 미세소체 트리글리세리드 전달 단백질(MTP)의 활성을 통해 조립된 킬로미크론에 포장되어 림프 순환으로 분비됩니다[ 104 ]. 말초 조직에서 킬로미크론은 리모델링을 거치고 레티닐 에스테르는 지질단백질 리파제(LPL)에 의해 가수분해되어 눈, 지방 조직과 같은 표적 기관에 흡수됩니다. 대부분의 레티닐 에스테르는 킬로미크론 잔여물과 결합된 상태로 남아 있으며 간에서 제거됩니다.

장세포 내 레티놀의 에스테르화는 비타민 A 상태에 반응합니다. Rbp2 와 Lrat 의 발현은 모두 RA에 의해 유도됩니다. 이러한 활동은 함께 레티놀과 레티닐 에스테르를 격리하고 RA의 합성을 감소시킵니다 [ 94 ]. 지금까지 Lrat 또는 Rbp2 의 프로모터 내에서 RARE가 결정적으로 입증된 바는 없지만 RA에 의한 Lrat 유도를 담당하는 여러 DNA 영역이 확인되었습니다[ 107 ]. RA에 의한 LRAT 및 CRBP2의 유도는 간접적으로 발생할 가능성이 가장 높습니다[ 107 , 108 , 109 ]. 비타민 A 보충 접근법(레티노산(VARA)과 결합된 VA)에 RA를 포함시키면 RA에 의한 LRAT 유도를 우아하게 활용하여 간외 조직에서 레티닐 에스테르로서 레티놀의 장내 흡수 및 보유를 증가시킵니다[ 110 , 111 ].

카로티노이드 흡수는 스캐빈저 수용체 클래스 B 유형 1(SR-B1, Scarb1 에 의해 암호화됨 ) 및 CD36(참조: [ 112 , 113 , 114 , 115 , 116 , 117 )과 같은 다른 지용성 비타민 및 스테롤과 공유되는 여러 수송체에 의해 촉진됩니다 . , 118 , 119 ]는 [ 95 ] 에서 검토됨 ). β-카로틴의 큰 부분은 베타-카로틴-다이옥시게나제 1(BCO1)의 활성을 통해 브러시 경계 세포 내에서 분해되어 레틴알데히드를 얻은 다음 미소체 단핵구체의 구성원인 레티날 환원효소 효소의 작용을 통해 레티놀로 환원됩니다. 사슬 탈수소효소 환원효소(SDR) 계열. β-카로틴 유래 레티놀은 LRAT를 통해 에스테르화될 수 있으며 킬로미크론과 함께 장세포에 의해 분비될 수 있습니다. 단 하나의 변형되지 않은 β-이오논 그룹만을 보유하는 프로비타민 A 카로티노이드 는 베타-카로틴-다이옥시게나제 2(BCO2)를 통해 레티놀로 전환되어 아포-10'-카로티날을 생성할 수 있으며, 이는 이후 BCO1에 의해 레틴알데히드로 전환 됩니다 . 122 , 123 , 124 ]. 장세포에서 절단되지 않은 상태로 남아 있는 베타카로틴의 일부는 초기 킬로미크론에 통합되어 림프 순환으로 분비되어 말초 기관에 도달하고 간에서 잔여물로 제거될 수 있습니다. 카로티노이드 는 또한 간 분비 및/또는 교환을 통해 다른 지단백질 분획( apoB100 및 HDL )과 연관되어 발견될 수도 있습니다 .

카로티노이드의 흡수는 β-카로틴 흡수와 관련된 유전자에 영향을 미치는 유전적 다형성과 식품 매트릭스 성분의 다양한 특성에 의해 영향을 받습니다[ 127 ]. 이러한 요인으로 인해 프로비타민 A 카로티노이드를 흡수하고 비타민 A로 전환하는 개인의 능력에 큰 변화가 발생합니다. 이러한 변화에도 불구하고 순환하는 혈청 레티놀 수준은 상대적으로 안정적입니다. 이러한 항상성 효과는 비타민 A 요구량을 충족시키기 위해 프로비타민 A 카로티노이드에 크게 의존하는 식단의 경우 더욱 분명해집니다. 프로비타민 A 카로티노이드의 흡수 및 전환을 조절하는 능력에 기여하는 한 가지 요인은 장 특이적 호메오박스 전사 인자(ISX)를 통해 장 상피에서 작동하는 음성 조절 경로와 관련이 있습니다[ 95 ].

브러시 보더 세포에 흡수된 β-카로틴의 약 70%는 BCO1을 통해 레틴알데히드로 분해되어 세포 내 레티놀 풀에 기여합니다. 레티놀은 아직 확인되지 않은 SDR 효소를 통해 레틴알데히드로 산화되고, 이어서 레틴알데히드 환원효소( Aldh1a 에 의해 암호화된 RALDH ) 효소에 의해 산화되어 RA를 생성합니다. 장세포 내에서 RA는 RAR-RXR을 활성화하여 프로모터 내에 위치한 RARE를 통해 ISX의 발현을 유도합니다[ 128 , 129 ]. ISX는 Srb1 과 Bco1 의 발현을 모두 억제하므로 β-카로틴의 흡수와 전환을 제한합니다[ 115 , 128 , 130 , 131 ]. 장세포 내의 RA 수준은 이용 가능한 레티놀 수준에 비례하기 때문에 ISX 매개 피드백 메커니즘은 비타민 A가 충분한 상태에서 불필요한 레티놀의 형성을 방지합니다. 결과적으로, Isx 가 결핍된 쥐는 β-카로틴 흡수 및 전환을 제어하는 ​​능력이 없습니다[ 115 , 128 , 130 , 131 ]. 유사한 피드백 메커니즘은 높은 식이 레티놀이 태아 조직의 β-카로틴 흡수를 제한하는 태아-산모 경계면에서 작동합니다[ 125 ]. 장세포 내에서 RA 합성에 이용 가능한 레티놀의 양은 LRAT에 의해 조절됩니다. 생쥐에서 Lrat를 절제하면 이용 가능한 레티놀 수준이 높아 피드백이 과장 됩니다 . 식이로 미리 형성된 비타민 A(레티놀, 레티닐 에스테르)가 장에서 흡수되는 경우 부정적인 피드백 메커니즘이 작동하지 않는 것으로 보인다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 프로비타민 A 카로티노이드.

6. 비타민 A 보관

킬로미크론과 결합된 레티닐 에스테르는 실질 간 세포에 흡수되어 레티놀로 가수분해되어 세포 레티놀 결합 단백질 1(CRBP1)과 결합됩니다[ 133 , 134 , 135 , 136 ]. CRBP1은 비타민 A 대사를 미세 조정하는 데 중요한 역할을 합니다([ 94 ]에서 검토됨). 첫째, CRBP1은 레티놀을 분해 및 허위 반응으로부터 보호하고 산화 또는 에스테르화를 위해 레티놀을 레티노이드 효소로 전달하는 것을 보장합니다. 둘째, CRBP1이 레티닐 에스테르 활용률을 제어한다는 증거가 있습니다. apo- 대 holo-CRBP1의 높은 비율은 LRAT를 억제하고 레티닐 에스테르 가수분해효소 활성을 자극하는 역할을 합니다. 반대로, holo-RBP1은 레티놀의 에스테르화와 산화를 유도합니다([ 94 ]에서 검토). 생쥐의 Crbp2 기능 상실은 생쥐에게 충분한 비타민 A 식단이 제공되지 않은 경우에만 레티놀 결핍의 명백한 표현형을 생성한 반면 [ 106 ], Crbp1 녹아웃 생쥐는 정상적이고 생존 가능 하지만[ 137 ] RA 합성 능력이 감소했습니다. [ 51 , 138 ].

간세포는 간 성상세포( HSC )라고 불리는 특수 세포 집단에 레티놀을 전달합니다 . HSC에서 레티놀은 LRAT를 통해 에스테르화되어 지질 방울에 통합되는 레티닐 에스테르를 생성 합니다 . 간세포에서 HSC로의 레티놀 전달 메커니즘은 명확하지 않습니다. HSC에서 발견되는 유사한 레티닐 에스테르 저장 입자는 망막 색소 상피(RPE), 폐 세포 및 췌장 성상 세포에서도 볼 수 있습니다[ 140 , 141 , 142 , 143 ]. 지방 조직, 폐, 신장 및 RPE도 비타민 A의 일부를 저장합니다. 또한 β-카로틴이 HSC의 간에 저장되고 전환 효소 BCO1이 HSC와 실질 간 세포 모두에서 발현된다는 증거도 있습니다 . , 145 , 146 ]. 따라서 프로비타민 A 전구체는 비타민 A의 또 다른 잠재적인 간 저장 메커니즘을 나타냅니다.

간 레티놀 저장량은 수요 증가에 따라 동원될 수 있습니다. 필요에 따라 HSC의 레티닐 에스테르는 여러 간 리파제를 통해 가수분해되어 간세포로 전달됩니다[ 147 , 148 , 149 , 150 , 151 , 152 ]. 간세포는 레티놀 결합 단백질(RBP, RBP4에 의해 암호화됨)에 결합되고 트랜스티레틴(TTR)과 결합된 레티놀을 분비합니다[ 153 , 154 , 155 , 156 , 157 ]. 레티닐 에스테르는 아마도 ARAT 효소를 통해 LRAT와 독립적으로 지방 조직에서 형성될 수 있으며 이러한 저장물은 결핍 시 동원될 수 있다는 증거가 있습니다 [ 158 ]. 유사하게, RBP4는 지방 조직과 같은 다른 조직에서도 발현될 수 있지만, 간 이외의 부위에서 유래된 RBP4는 전신 비타민 A 대사에 중요한 역할을 하지 않습니다[ 159 , 160 ]. 그러나 근육 조직에서 RBP4의 이소성 과발현은 내인성 RBP4 발현이 부족할 때 눈 조직으로의 비타민 A 전달을 구제할 수 있습니다[ 161 , 162 ].

레티놀의 보관은 RA의 엄격한 피드백 규정을 따릅니다. 간 Lrat 및 Rbp1 의 발현은 RA에 의해 유도되어 비타민 A가 충분할 때 레티놀 플럭스를 저장 방향으로 유도하는 역할을 합니다 [ 108 , 163 ]. 당연히 비타민 A 대사는 간 지질 대사 조절 인자에도 반응합니다. 기계적으로, 파네소이드 X 수용체(FXR)는 LRAT 발현과 간 레티닐 에스테르 수준에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다[ 96 , 164 ]. 한편, RAR/RXR 신호전달은 아포지단백질 C-III 의 발현을 촉진하고, 합성 효소 CYP7A1의 발현을 억제하며, [ 167 ] 에서 검토한 다양한 담즙산 수송체의 발현에 영향 을 미칩니다 . 담즙과 비타민 A 대사의 상호 영향이 미치는 영향은 NAFLD 및 지방간염과 같은 간 질환의 병리학적 메커니즘에서 비타민 A의 역할을 이해하는 데에도 관련이 있습니다. 간 질환 중에 HSC가 활성화되면 레티노이드 저장량이 사라집니다. 활성화된 HSC는 또한 근섬유아세포로 전환분화하여 간 병리학에 기여합니다[ 168 , 169 ]. 그러나 HSC 활성화와 HSC 레티닐 에스테르 저장 손실의 상관관계에도 불구하고 두 사건 사이의 인과 관계는 명확하지 않습니다([ 170 ]에서 검토).

시각 시스템이 사용한 발색단을 재활용하더라도 시력을 유지하려면 여전히 레티놀 전구체의 지속적인 공급이 필요합니다. 그렇지 않은 경우 레티놀 공급이 부족하면 야맹증이 발생할 수 있습니다. 레티노산 6(STRA6, 아래 참조)과 LRAT에 의해 자극되면 둘 다 RA에 반응하지만 이들 유전자가 RPE 세포에서 RA에 반응하는지 여부는 확실하지 않습니다. LRAT, BCO1, RDH10, RDH11 및 RPE65를 포함한 시각 순환 효소의 발현은 나이가 들수록 증가합니다. 또한 RPE의 Lrat 발현은 RA로의 전환을 통해 RAR을 활성화하는 시각 주기(A2E 및 전- 트랜스 -레티날)의 레티노이드 부산물에 의해 유도된다는 증거도 있습니다 [ 171 ]. 눈에서 LRAT의 활동은 비타민 A를 저장하는 데 필요할 뿐만 아니라 11- 시스-레틴 알데히드 를 재생하는 이성질체가수분해효소인 RPE65 효소의 전구체를 형성하는 데에도 필요합니다 . 시각 주기 부산물에서 파생된 RA의 작용적 활동을 통한 RAR에 의한 Lrat 의 유도는 놀라운 일이 아니지만, 이러한 긍정적인 피드백은 연령 관련 황반 변성의 병리를 고려하면 해로울 수 있습니다. 과도한 시각 주기는 세포독성 시각 주기 대사물질의 축적으로 이어질 수 있으며 광수용체 사망을 초래할 수 있습니다[ 172 ].

7. 표적 조직으로의 비타민 A 전달

레티놀 결합 RBP4는 표적 조직에서 발현되는 특정 수용체와 상호작용합니다. STRA6은 망막 색소 세포, 태반, 난황낭, 맥락막 신경총 및 세르톨리 세포와 같은 많은 혈액 조직 장벽 부위에서 발현되는 고친화성 holo-RBP4 수용체입니다[ 173 , 174 ]. RBP4와 STRA6의 상호작용은 레티놀이 세포 안팎으로 양방향으로 전달되도록 합니다[ 174 , 175 , 176 , 177 , 178 , 179 ]. 간 및 장 세포는 Stra6을 발현하지 않지만 , 또 다른 RBP4 수용체(RBPR2)를 발현합니다[ 180 ]. RBPR2는 저장 또는 제거를 위해 RBP4를 통해 과잉 레티놀을 간으로 되돌리는 것을 허용하는 것으로 제안되었습니다. 유전학 연구에 따르면 RPBR2는 제브라피시(zebrafish)의 광수용체 형태 형성에도 필요하다고 합니다[ 181 ]. Rbpr2 (Str6-like, Stra6l 로도 알려짐 ) 가 결핍된 마우스는 각막 혼탁과 조혈 결함이 증가했습니다[ 182 ]. 흥미롭게도, RBPR2의 영장류 상동체는 마우스 RBPR2의 N- 및 C-말단 도메인에 상응하는 2개의 개별 단백질로 번역되는 2개의 개별 유전자에 의해 코딩됩니다[ 180 ]. 영장류 RBPR2 단백질이 RBP4 수용체로 기능하는지 여부는 아직 결정되지 않았습니다.

TTR-holoRBP4 복합체는 RBP4 수준이 제한되는 순환계에서 1:1 화학양론으로 발견되는 TTR 사량체와 RBP4로 구성됩니다[ 183 ]. TTR-RBP4 복합체는 사구체 여과 컷오프보다 크지만, TTR이 없는 경우 21 kDa RBP4 단백질은 쉽게 여과됩니다. 결과적으로, TTR 결핍은 혈청 내 RBP4의 반감기가 급격히 감소(6시간에서 0.5시간으로)됩니다[ 184 ]. 비슷한 효과는 펜레티나이드(N-(4-hydroxyphenyl) Retinamide)와 TTR과 RBP4의 결합을 방해하는 다른 물질에 의해 유도됩니다[ 185 ]. 정상적인 상황에서도 RBP4의 작은 부분에는 TTR이 없고 신장에 의해 여과됩니다. 여과된 RBP4는 저밀도 지질단백질 수용체 관련 단백질 2(LRP-2, 메갈린)-큐빌린 복합체에 의해 수행되는 세포내이입을 통해 근위세뇨관에서 재흡수될 수 있다는 증거가 있습니다[ 186 , 187 , 188 ].

단백질 매개 수송 외에도, 비타민 A의 상당 부분은 태반을 포함한 많은 표적 조직에 레티노이드를 전달하는 지단백질에 의해 수송될 수 있습니다. 지질단백질 매개 RE 수송의 중요성은 RBP4가 결핍된 환자와 생쥐 모두에서 분명합니다( [ 192 ]에서 검토된 참고문헌 [ 189 , 190 , 191 ] ). LPL은 말초 조직에서 지질단백질을 함유한 apo-CII의 결합과 가수분해를 조절합니다. 이러한 분획에는 식후 장 유래 킬로미크론과 단식 중 간 유래 VLDL이 포함됩니다. 레티노이드의 모체-태아 수송은 RBP4(모체 및 태아 유래 모두)와 지단백질 매개 경로에 의존하며, 둘 다 비타민 A 상태에 반응합니다([ 196]에서 검토된 참조 [ 193 , 194 , 195 ]). .

표적 조직으로의 비타민 A의 수송 및 전달은 피드백 조절에 의해 제어됩니다. Rbp4 발현과 RBP4 단백질 분비는 모두 비타민 A 상태에 반응합니다 [ 155 , 197 , 198 , 199 , 200 , 201 ]. 한편, Stra6 은 RA에 의해 유도되며 RAR의 직접적인 표적이다[ 173 , 174 , 202 , 203 ]. 최근의 구조적 및 생화학적 증거는 STRA6의 세포내 도메인이 칼슘 결합 단백질인 칼모듈린과 연관되어 있음을 시사합니다. 이러한 연관성은 세포내 칼슘이 STRA6을 통해 레티놀 전달 방향을 제어할 수 있도록 제안되었습니다[ 204 ]. 칼슘에 의한 STRA6의 조절이 표적 세포의 레티노이드 요구에 반응하여 레티놀의 흡수 또는 배출을 조절하는 피드백 메커니즘의 일부인지는 확실하지 않습니다. Stra6 과 대조적으로 , Rbpr2 의 발현 은 간 레티노이드, 혈청 레티놀, holo-RBP4 및 RA의 수준과 음의 상관관계가 있습니다 [ 180 ]. Lrp-2 의 발현 자체도 RA에 의해 유도됩니다[ 205 ].

8. 레티놀을 RA로 전환

레티놀은 그림과 같이 순차적 산화를 통해 RA로 전환됩니다.그림 3. 레티놀은 SDR 계열에 속하고 각각 NAD의 환원 또는 NADPH 보조인자의 산화와 함께 레티놀 산화 또는 레틴알데히드 환원을 결합하는 미세소체 효소에 의해 레틴알데히드로 산화됩니다. SDR 계열은 알려진 가장 큰 효소 계열 중 하나이며 그 구성원은 다양한 지질, 에이코사노이드 및 스테로이드를 포함한 광범위한 기질의 변형에 관여합니다.

 

그림 3

RA 대사의 피드백 조절에 관여하는 요인. 비타민 A 전구체가 RA로 전환되는 경로에 관여하는 유전자에 대한 RA의 영향은 현재 RA에 반응하는 것으로 알려진 레티노이드 유전자에 대해서만 나타납니다. 레티노이드 대사에 관여하는 다른 효소, 수송체 및 결합 단백질은 표시되지 않지만 텍스트 및 동봉된 참고 자료에 나열되어 있습니다. 레티노이드 대사에 관여하는 효소, 수송체 및 결합 단백질의 이름은 RA에 의해 하향 조절되는 경우 빨간색으로, RA에 의해 상향 조절되는 경우 녹색으로, RA에 의한 조절이 현재 알려지지 않은 경우 검은색으로 표시됩니다.

레티놀과 레틴알데히드의 상호전환은 시각 순환의 일부로서 RA의 형성과 11- 시스 -레틴알데히드 의 형성 및 재활용에 있어 중요한 단계입니다 . 결과적으로, 이 중요한 레티노이드 생체변환을 담당하는 효소를 확인하기 위해 상당한 노력이 이루어져 왔습니다. 후보 효소를 사용한 이종 발현 및 레티노이드 산화/환원 분석을 포함하는 생화학적 접근법은 각각 레티놀 및 레티날의 산화/환원에 상당한 수의 SDR 효소가 관련되어 있음을 나타냅니다(참조: [ 206, 207 , 208 , 209 , 210 , 211 ) . ]는 [ 61 , 92 ]) 에서 검토되었습니다 . 그러나 유전적 기능 상실 연구는 보다 제한된 수의 SDR에 대한 레틴알데히드-레티놀 상호 전환의 역할을 뒷받침합니다([ 92 ]에서 검토됨). 레틴알데히드 환원효소 활성을 갖는 다른 효소에는 중쇄 알코올 탈수소효소 계열에 속하는 여러 알도-케토 환원효소(AKR) 효소와 세포질 알코올 탈수소효소(ADH)가 포함되지만 생리학적 조건에서 비타민 A 대사에 대한 기여는 아직 명확하지 않습니다 . 213 ].

기능 상실 접근법을 통해 배아 발달 동안 레티놀을 레틴알데히드로 상호 전환시키는 두 가지 주요 SDR이 확인되었습니다. 레티놀 탈수소효소 10(RDH10)은 NAD 의존성 레티놀 산화효소로, 그 결실로 인해 배아 치사율과 RA 결핍이 발생 합니다 . 반대로, 탈수소효소/환원효소(SDR 계열) 구성원 3(DHRS3)은 NADPH를 사용하여 레틴알데히드를 레티놀로 환원합니다[ 59 , 215 ]. Dhrs3 -절제 역시 배아 치사율을 초래하지만 이 경우 치사율은 과도한 RA로 인해 발생합니다. DHRS3과 RDH10은 선호하는 디뉴클레오티드 보조 인자의 서로 다른 환원/산화 비율을 기반으로 레티놀을 레틴알데히드로 전환하는 데 반대 활동을 수행합니다. Rdh10 및 Dhrs3 절제 의 발달 결과에는 골격 및 심혈관 결함이 포함됩니다[ 60 , 214 , 216 , 217 , 218 , 219 , 220 , 221 ]. 우리는 독자에게 Shannon et al. 마우스에서 Rdh10- 및 Dhrs3 -절제 의 발달 결과를 요약합니다 [ 56 ]. Rdh10- 및 Dhrs3- 결실로 인한 배아 치사율은 엄마 식단의 레티노이드 함량을 조작하여 구제할 수 있으며, 이는 관찰된 표현형이 두 효소의 알려진 활성과 관련이 있음을 입증합니다[ 60 , 222 ]. RDH10과 DHRS3의 역할은 발달 과정에서 중복되지 않으며 조사된 다른 척추동물에서도 보존됩니다([ 223 , 224 ]. RDH10과 DHRS3은 모두 출생 후의 다양한 조직에서 발현됩니다. 그러나 RDH10과 DHRS3의 기여는 발달 외의 DHRS3에서 비타민 A의 항상성은 알려져 있지 않습니다. 출생 후 비타민 A 대사에서 RDH10의 역할에 대한 증거가 있습니다. 예를 들어 RDH10은 정자 형성에 필요한 것으로 나타났으며 반접합성 Rdh10 ^+/- 는 RA 수준이 약간 감소하고 증가했습니다. 비만증[ 64 , 66 ] 유전 연구에서는 피부(RDHE2 및 RDHE2S), 간(RDH11), 고환(RDH11), 지방(RDH1) 및 지방(RDH1)과 같은 성인 조직의 비타민 A 대사에서 레티노이드 산화환원효소 활성을 갖는 다른 SDR 효소가 관련되어 있음이 밝혀졌습니다. 시각 시스템(RDH5, RDH8 및 RDH12)에서 [ 92 , 225 , 226 , 227 , 228 ].

레티놀의 레틴알데히드로의 전환은 RA에 의해 조절됩니다. Dhrs3 의 발현은 RA 과잉 모델에서 지속적으로 상향조절됩니다[ 229 , 230 ]. 데이터에 따르면 Dhrs3 가 RAR의 직접적인 대상인 것으로 나타났지만 지금까지 기능적인 RARE는 입증되지 않았습니다. 한편, Rdh10 의 발현은 RA 과잉이 있는 경우 억제됩니다[ 59 ]. 또한 RDH10과 DHRS3은 단백질 수준에서도 서로 영향을 미칩니다. 상당수의 SDR이 다량체(주로 동종이량체 및 동종사량체)로 존재합니다[ 231 ]. DHRS3 및 RDH10 단백질은 40%의 서열 동일성을 공유하므로 서로 상호작용할 가능성도 높아집니다. 실제로 Adams et al. RDH10과 DHRS3은 동종올리고머뿐만 아니라 DHRS3-RDH10 헤테로올리고머도 형성한다는 것을 보여줍니다[ 215 , 232 , 233 ]. 이러한 상호작용은 세포에서 과발현된 RDH10 및 DHRS3의 경우 관찰되었지만, 내인성 단백질의 경우 이러한 연관성이 지속된다는 증거가 있습니다. 이러한 연구에서 나온 모델은 RDH10과 DHR3의 결합이 상호 상호 작용을 통해 구성 단백질의 활성을 안정화하고 증가시키는 이중 기능성 레티노이드 산화환원 복합체(ROC)를 형성한다는 것을 시사합니다. 길항 반응을 촉매함으로써 ROC는 레티놀 전구체의 시작 수준의 변동에도 불구하고 RA 항상성을 보장합니다. ROC 복합체는 세포질을 향하는 유형 I 통합 ER 상주 막 단백질로 구성됩니다[ 233 ]. 구조 모델링 연구는 막 역학이 ROC의 이종 구성에 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다. 그러나 ROC가 RA의 형성을 제어하는 ​​메커니즘을 풀기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다 [ 233 ].

레티놀을 RA로 전환하는 두 번째 단계는 세포질 레틴알데히드 탈수소효소 1, 2 또는 3(Aldh1a1-3에 의해 인코딩된 RALDH1-3 ) 효소에 의해 매개되는 레틴알데히드의 RA로의 비가역적 산화입니다. 세 가지 중 RALDH2는 발달 전반에 걸쳐 중요하며 조혈 및 생식 조직과 같은 일부 성인 조직의 RA 합성 능력을 담당합니다[ 55 , 234 , 235 , 236 ]. RALDH1과 RALDH3은 더욱 제한된 발현 패턴을 가지며 뼈, 지방, 눈 및 코 발달 부위와 같은 조직에서 RA 합성에 중요합니다[ 65 , 237 , 238 , 239 , 240 , 241 , 242 ]. RA 수준이 높으면 Raldh1 과 2 의 발현이 감소합니다 [ 59 ]. RA에 의한 Raldh1 의 발현 억제 는 직접적인 RAR 결합과 GADD153-C/EBP-베타와의 상호작용을 통해 매개된다는 증거가 있습니다 [ 243 , 244 ]. RALDH 효소 외에도 AOX(몰리브도-플라보효소 알데히드 산화효소)가 생체 내에서 RA 합성에 기여한다는 증거가 있습니다[ 245 , 246 ]. 시토크롬 P450 효소 CYP1B1도 RA 형성에 기여할 수 있습니다 [ 247 , 248 , 249 ]. 그러나 AOX와 CYP1B1은 모두 레티노이드 외에도 더 넓은 범위의 내인성 및 외인성 기질을 산화시킬 수 있습니다.

9. RA 및 RA 분석의 세포 운명

새로 형성된 RA는 동일한 셀 내에서(셀 자체적으로) RAR을 통해 신호를 보낼 수도 있고, 분비되어 이웃 셀에 신호를 보낼 수도 있습니다. 세포 자율적 RA 신호전달은 비타민 A 대사를 조절하는 피드백 제어 메커니즘에 기여할 수 있습니다. RA 소스 세포에서 RA 반응 세포로의 측분비 RA 신호 전달은 RA의 모르포겐 기능에 중요합니다. RA 감소의 기울기와 RAR 신호 전달 분야를 통해 RA 패턴이 개발됩니다. RA 경사도에는 RA 공급원뿐만 아니라 이화 흡수원도 필요합니다. 반면, RAR 신호 필드는 RAR 신호가 소멸되는 구역으로 분할되어야 합니다[ 250 , 251 , 252 ]. 세포외 RA가 일부 비특이적 혈장 단백질에 결합하는 것으로 나타났지만[ 200 ], RA가 세포에서 세포로 이동하는 방법과 RA의 세포간 이동이 세포 요인에 의해 조절되거나 필요한지 여부에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 세포 내에서 RA는 신호 전달 또는 분해의 대체 운명으로 RA를 전달하는 데 중요한 역할을 하는 고친화도 세포성 RA 결합 단백질 1 및 2(CRABP1, 2)에 결합됩니다(참조: [91, 253 , 254 , 255 ] ) . [ 94 , 256 ]). 두 Crabp 유전자 모두 RA에 직접적으로(Crabp2) 또는 간접적으로( Crabp1 ) 반응합니다[ 108 , 257 ].

RA가 RAR에 결합하면 RAR-RXR 수용체 활성화가 발생합니다. 흥미롭게도, RA 수용체를 코딩하는 세 가지 유전자는 모두 RA가 피드포워드 루프를 생성함으로써 유도되며, 이는 이론적으로 RAR 발현과 리간드 합성 시기를 조정하는 역할을 할 수 있습니다[ 72 , 258 , 259 , 260 , 261 , 262 , 263 ]. RAR 신호 전달의 종료는 제대로 이해되지 않은 사건이지만, RA 결합이 프로테아좀을 통해 RAR의 유비퀴틴 매개 분해를 유도한다는 증거가 있습니다 [ 264 , 265 , 266 , 267 ].

RA 산화는 이오논 고리의 C4 또는 C18 위치의 수산화를 포함하며 CYP26 계열의 시토크롬 p450 효소, 즉 CYP26A1, B1 또는 C1에 의해 촉매됩니다. Cyp26a1-c1 의 발현은 발달 및 조직 특이성을 나타내는 반면, CYP26 효소는 레티노이드 기질과 관련하여 뚜렷한 선호도를 나타냅니다[ 91 , 268 , 269 ]. 예를 들어, CYP26A1과 B1은 4-hydroxy-RA를 생성하는 초기 산화를 담당하는 반면 CYP26C1은 4-oxo-RA를 제거하는 데 더 효율적 입니다 . 연구는 피부와 같은 특정 성인 조직과 Xenopus 발달 에서 고리 산화 레티노이드의 전사 활동을 뒷받침합니다 [ 23 , 270 , 271 ]. 그러나 산화된 RA 대사산물은 생쥐에서 비타민 A의 발달 기능에 기여하지 않는 것으로 보입니다[ 53 ]. CYP2 및 CYP3 계열을 포함한 다른 P450 효소 계열도 일부 설정에서 RA 산화에 기여할 수 있다는 증거가 있습니다 [ 272 , 273 , 274 ].

미토콘드리아 아드레노독신 결합 P450 효소인 CYP27C1은 레티노이드 이오논 고리의 3-4 이중 결합 불포화에 관여합니다. 이 활동으로 인해 3,4-디데히드로레티노이드가 형성됩니다[ 275 ]. 이러한 3,4-디데히드로레티노이드는 인간의 피부에서 발견되는 비타민 A2(all- trans -3,4-didehydroretinol)를 포함하며[ 276 ] 민물고기와 양서류의 중요한 시각 발색단이기도 합니다[ 277 , 278 ].

유전적 및 약리학적 접근법은 CYP26 계열 효소가 생체 내에서 RA 분해의 주요 원인으로 작용한다는 것을 확인합니다[ 279 , 280 , 281 , 282 , 283 ]. 과도한 RA를 방지하기 위해 적절한 RA 수준을 복원하는 역할을 하는 RA에 의해 Cyp26a1 의 발현이 유도됩니다. 이는 RA가 자체 저하를 유도하는 중요한 규제 부정적 피드백 루프의 일부입니다[ 284 , 285 , 286 , 287 , 288 , 289 ]. HNF4A는 Cyp26a1 의 조절에서 RAR과 협력합니다 [ 284 , 290 , 291 , 292 ]. 그러나 발달 과정에서 CYP26 효소는 RA 대사에서 훨씬 더 복잡한 역할을 합니다. RA 대사를 모니터링하는 작업과 함께, f CYP26 효소는 RA 매개 발달 과정에 필요한 RA 기울기 및 RA 프리 존을 설정하는 역할을 합니다[ 250 , 252 ].

RA의 2단계 대사 및 제거에는 산화된 RA 대사산물에 더 높은 수용해도를 부여하는 다양한 글루쿠로노실트랜스퍼라제를 통한 접합이 포함됩니다[ 293 , 294 , 295 , 296 ]. RA의 글루쿠로니드 외에도 레티놀도 글루쿠로니드화될 수 있다는 증거가 있습니다 [ 297 ]. 미생물군집 발현 글루쿠로니다제는 이소트레티노인(13- cis -RA) 을 포함한 접합 약물과 호르몬의 재활성화 및 장간 재순환에 중요한 역할을 합니다 . [ 298 ]; 그러나 생리학적 상황에서 내인성 RA에서 유래된 레티노일 글루쿠로나이드(RAG)의 재활성화에 미생물군집이 어떤 역할을 하는지는 확실하지 않습니다.

10. 비타민 A 대사의 항상성

비타민 A 대사는 유전적 영향과 환경적 영향 모두에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 식이 비타민 수준과 비타민 A 전구체(미리 형성된 레티놀, 레티닐 에스테르 및 프로비타민 A 카로티노이드)의 형태가 광범위함에도 불구하고 유기체는 일반적으로 상대적으로 안정적인 혈청 레티놀 수준을 달성할 수 있습니다. 안정적인 수준의 전구체를 통해 표적 세포는 시각 발색단을 유도하고 상황에 맞는 수준의 RA를 통해 전사 기능을 유지할 수 있습니다. 다양한 레티노이드 유전자의 발현에 대한 RA 치료 또는 VAD 식이요법의 효과 분석은 비타민 A 항상성을 보존하는 적응 반응의 그림을 제공합니다.1 번 테이블그리고 묘사된그림 3), 그러나 증거는 아직 불완전하며 특정 조직에 대해서만 이용 가능합니다. 또한 나열된 응답은 전사 수준을 설명하므로 단백질 또는 단백질 활성 수준에서 확인해야 합니다. 이러한 제한에도 불구하고 몇 가지 예비 결론을 내릴 수 있을 만큼 충분히 알려져 있습니다. 첫째, 과도한 RA에 대한 적응은 대부분의 레티노이드 생체변환을 포함하며 다음과 같은 RA의 형태발생적 역할을 형성하는 역할을 하는 경로와 겹칩니다.

1. Crbp1 및 Lrat 와 같은 RA 전구체를 격리하는 역할을 하는 유전자의 상향 조절 .
2. RA 형성( Dhrs3 ) 및 RA 분해( Cyp26a1 ) 반대에 관여하는 유전자의 상향 조절
3. RA( Rdh10 , Raldh2 ) 합성에 관여하는 유전자의 하향조절
4. 카로티노이드( Srb1 ) 흡수 및 β-카로틴을 레틴알데히드( Bco1 ) 로 전환하는 데 관여하는 유전자의 하향조절

두 번째 관찰은 더 어렵습니다. 레티노이드 유전자가 VAD 식이요법에 반응하는 것처럼 보이지만 명확한 패턴은 분명하지 않으며, 현재까지 VAD 상태에서 비타민 A 흡수를 증가시키거나 이화작용을 감소시키는 조직화된 반응에 대한 증거는 없습니다. 이 불확실한 응답은 단순히 현재 사용 가능한 데이터에 의해 부과된 제한일 수 있습니다. 바라건대, VAD 동물의 다양한 조직에서 레티노이드 유전자의 발현을 비교하는 보다 철저한 분석을 통해 유기체가 VAD에 반응하여 표적 조직에서 활용하기 위해 저장소에서 레티놀의 흡수 및/또는 이동을 촉진하는 방법에 대해 더 많은 정보를 얻을 수 있을 것입니다.

훨씬 더 어려운 것은 RA에 의한 RBP4 수용체 조절의 기능적 중요성을 해석하는 것입니다. 분명히 Stra6는 RA에 의해 상향 조절됩니다. 레티놀의 양방향 수송에서의 역할을 고려할 때, RA에 의한 STRA6의 상향 조절이 전신 레티노이드 과잉에 대응하는 역할을 한다고 추측하고 싶은 유혹이 있습니다. 이에 따라 표적 조직에서 Stra6 의 유도는 표적 조직이 혈청에서 과도한 레티놀을 흡수하게 만듭니다. 이 반응이 잠재적으로 표적 조직에 세포 독성 효과를 일으킬 수 있습니까? 또는 STRA6이 세포 레티놀의 국소 과잉에만 반응할 수도 있습니다. 이 경우 Stra6 의 국소적 상향 조절은 세포 과잉을 완화하기 위해 세포에서 혈청 apo-RBP4로 레티놀을 수출하게 합니다. 마찬가지로 수수께끼는 Rbpr2 발현과 레티노이드 상태 사이에 관찰된 음의 상관관계입니다 . RA에 대한 반응으로 Rbpr2 의 하향 조절은 간이 독성을 피하기 위해 과잉 레티놀을 흡수하고 제거하는 역할을 한다는 논리와 일관되지 않습니다. 분명히 RA에 의한 RBP4 수용체 조절의 생물학적 영향과 의미를 이해하려면 더 많은 연구가 필요합니다. 이제 Stra6 의 발현 조절을 담당하는 RARE가 확인되었으므로 유전적 접근법을 통해 RA에 의한 Stra6 조절의 기능적 중요성을 조사할 수 있는 기회가 있습니다 .

많은 레티노이드 유전자가 RA에 반응하여 상향 조절되거나 하향 조절되는 것으로 나타났습니다. 그러나 RAR에 의한 조절이 직접적인지 간접적인지는 거의 알 수 없습니다. 이는 사소한 측면처럼 보일 수 있지만 RA 피드백 조절의 역동성과 영향에 중요한 영향을 미칩니다. RAR에 의해 간접적으로 조절되는 유전자에는 RAR에 의해 직접 또는 간접적으로 조절되는 중간 전사 인자가 필요합니다.그림 1). ISX는 Bco1 과 Srb1 의 발현을 억제함으로써 프로비타민 A 카로티노이드 대사에서 네트워크를 조율하고 통합하는 RA 유발 전사 인자 입니다 . 실제로, ISX의 유전적 절제는 프로비타민 A 카로티노이드 흡수 및 전환을 극적으로 증가시킵니다. 그럼에도 불구하고 SR-B1은 루테인, 토코페롤, 비타민 K와 같은 다른 비타민과 지질의 흡수에도 관여하므로[ 299 , 300 , 301 ] 이론적으로 높은 수준의 식이 미리 형성된 비타민 A가 다음을 유발할 수 있는 가능성이 있습니다. 관련되지 않은 지질의 흡수 감소.

RAR(전사 역학, 번역 억제제의 효과에 기초)에 의해 직접적 으로 조절 되는 것으로 알려진 많은 유전자의 경우 기능적 RARE가 아직 확인되지 않았습니다. RA 반응 유전자의 게놈 서열에 대한 인실리코 분석을 통해 일반적으로 RAR에 의해 결합되는 DR 반응 요소와 유사한 서열이 밝혀졌습니다[ 302 ]. 그러나 서열에만 기초한 예측은 특정 유전자의 조절과 관련된 RARE를 어느 정도 확실하게 식별하지 못하는 경우가 많습니다. RA 조절 유전자 부근에서 RAR 결합 부위를 확인했다고 하더라도 특정 RARE가 이웃 유전자의 발현에 대한 RA의 영향을 담당한다는 것을 보장하지는 않습니다. 개별 유전자 수준에서 반응 요소의 기능적 관련성은 시험관 내 DNA 결합, 돌연변이 유발 및 추정 RAR 결합 영역을 포함하는 최소 프로모터에 의해 구동되는 리포터의 활성 검사를 통해 조사할 수 있습니다. 추정 RARE의 게놈 편집/돌연변이 유발은 식별된 요소가 고유 염색질 환경에서 진짜 RARE로 기능한다는 결정적인 증거를 제공할 수 있습니다[ 81 , 203 , 303 ]. 염색질 상호 작용 및 인핸서 매핑을 기반으로 한 게놈 차원의 접근법은 미래에 이러한 격차를 해소하는 역할을 할 수 있습니다 [ 304 , 305 ]. 이러한 예에서는 시퀀싱(3C-Seq)과 결합된 염색체 형태 캡처에 기반한 접근 방식을 사용하여 대식세포의 RXR 매개 조절을 형성하는 인핸서-유전자 관계를 분석했습니다[ 306 ]. RA 대사 조절에 대한 연구는 일반적으로 한 번에 하나의 요인을 다루기 때문에 이 광범위한 조절 네트워크에 대한 일관된 그림을 갖기가 어렵습니다. Parihar 등의 연구. RA 또는 RA 합성 억제제에 노출된 Xenopus 배아 의 동적 전사체학을 조사했습니다 [ 307 ]. 이 연구는 레티노이드 항상성을 조절하는 네트워크의 견고성을 우아하게 설명했으며, RA를 좁은 정상 범위 내로 유지하는 평형은 역동적인 교정 진동 행동에서 비롯된다는 증거를 제공합니다.

비타민 A 대사를 관장하는 조절 메커니즘은 일반적으로 견고성과 탄력성을 나타내지만 때로는 호르몬 금단의 경우에 나타나는 부적응 반응을 불러일으키는 과잉 활성을 나타낼 수 있습니다. 마우스 태아 발달에 대한 RA의 즉각적 효과와 후기 효과에 대한 여러 연구에서 비타민 A 조절 피드백 메커니즘의 능력에 대한 흥미로운 그림이 그려졌습니다. 예를 들어, RA의 약리학적 용량은 처음에는 표적 조직에서 RA를 과도하게 초과하지만 나중에 동일한 RA 손상이 역설적 결핍을 유발합니다[ 308 ]. 더욱이, RA 치료에 의해 유발된 발달 결함 중 일부는 초기 과잉에 따른 RA 결핍을 완화시키는 후속 RA 투여에 의해 예방되었습니다. RA 대사 효소와 RAR 수용체의 유전자 조작 후에도 과잉 보상이 관찰되었습니다 [ 309 , 310 , 311 ]. RA 독성 및 최기형성에 대한 수백 건의 연구가 관찰된 효과가 RA 과잉의 결과라는 전제하에 수년간 수행되었지만 실제로 RA 치료 효과 중 일부는 그에 따른 내인성 RA의 결핍을 매우 잘 반영할 수 있습니다.

결론적으로, RA-RAR/RXR을 통해 작동하고 레티노이드 효소, 결합 단백질 및 수송체에 작용하는 강력한 피드백 메커니즘에 대한 명확한 증거가 있습니다. RA 피드백 조절의 분자적 메커니즘은 ISX와 같은 일부 경로에서 나타나기 시작했습니다[ 93 ]. 동시에 Xenopus 와 같은 다루기 쉬운 모델에서 시계열 전사체학을 사용한 연구에서 볼 수 있듯이 피드백 조절은 역동적이고 복잡합니다. 이 연구의 향후 방향에는 비타민 A 항상성의 분자 메커니즘을 탐구하고 비타민 A 항상성을 유지하는 데 필요한 기관 간 대화에 대한 더 많은 통찰력을 얻으려는 노력이 포함될 수 있습니다.

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