혈액세포는 골수의 조혈모세포에서 여러 단계의 분화과정을 거쳐 생성되며 미세환경조건에서 다양한 성장과 분화자극인자들이 이 과정을 조절하는데, 분화자극인자들은 당단백질로서 '조혈성장인자'라고 하며 단독으로 기능을 나타내거나 공동으로 작용한다. 이 총설에서 중점을 두는 G-CSF는 colony-stimulating factor 3 이라고도 알려져 있으며, 골수를 자극하여 조혈줄기세포와 granulocyte를 생산하고 호중구세포의 전구세포와 성숙세포의 분열과 분화에 절대적으로 작용하는 조혈성장인자이며, 역평행 알파-helix 구조를 하고 있다.
<h1>서 론</h1> <p>혈액세포는 골수에서 매우 빠르게 생산이 된다. 일반적으로 \( 2.5 \times 10^{8} \) cells/min 속도로 성숙한 혈액세포가 만들어 진다고 알려져 있다. 혈액세포는 수명이 각각 다른데, 적혈구는 몇 주간 생존이 가능하나 과립구 세포(granulocyte)는 단지 몇 시간만 생존한다. 혈액세포의 생성은 골수에서 조혈모세포(또는 조혈줄기세포)에서 여러 단계의 분화과정을 거쳐 이루어지며 미세환경조건에서 다양한 성장과 분화자극인자들이 이 과정을 조절한다. 이들 분화자극인자들은 당단백질로서 '조혈성장인자(hematopoietic growth factor)'라고 하며 단독으로 기능을 나타내거나 공동으로 작용하기도 한다. 이들 조혈성장인자들에는 interleukin (IL-1, IL-3)과 SCF (stem cell factor), erythropoietin (EPO), granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF), macrophage-colony stimulating factor (M-CSF), macrophage and granulocyte-colony stimulating factor (GM-CSF) 등 20 여 가지 이상이 존재한다. 혈구세포 분화과정을 Fig. 1에 간략하게 나타내었으며, 다양한 조혈 성장인자들이 각 단계별로 단독 또는 공동작용을 하여 분화를 조절한다. 이 총설에서는 G-CSF에 중점을 두고 있음으로 함축성과 강조를 위하여 \( \mathrm{G}-\mathrm{CSF} \) 가 작용하는 중요한 단계만 표시하였으며, 또한 G-CSF의 기능, 임상적 응용, 재조합 단백질의 생산에 주안점을 두고 기술하였다.</p> <h1>\( \mathrm{G}-\mathrm{CSF} \) 기능과 구조</h1> <p>G-CSF는 colony-stimulating factor 3 이라-고도 알려져 있으며, 여러 세포에서 생산되어 골수를 자극하여 조혈줄기세포와 granulocyte를 생산하고 호중구세포(neutrophil)의 전구세포와 성숙세포의 분열과 분화에 절대적으로 작용하는 조혈성장인자이다(Fig. 1). 사람 G-CSF 단백질은 granulocyte 증식인자로 1986년에 분리되었으며, cDNA도 제작되었다. 또한 G-CSF가 결여된 생쥐에서 심각한 호중구세포 감소증을 나타내어 그. 기능을 재확인하였다. G-CSF 유전자는 chromosome 17에 존재하며, alternative splicing으로 두 종류의 단백질이 생산되는데 이들은 3 개의 아미노산 존재 여부에 따라 나누어진다. Fig. 1은 짧은 G-CSF의 아미노산 순서를 나타내고 있으며, 긴 G-CSF에는 Fig. \( 1 \mathrm{~A} \) 의 35 번과 36번인 leucine과 cysteine 사이에 3 개의 아미노산 valine-serine-glumatic acid가 첨가 되어 있다. 두 종류의 \( \mathrm{G}-\mathrm{CSF} \) 는 기능상에서 동일한 작용읕 하나 활성은 짧은 G-CSF가 높다는 보고가 있다.</p> <p>G-CSF 구조는 역평행 알파-helix 구조를 하고 있다. 4 개의 알파-helix는 각각 A, B, C, D로 명명되었으며, Helix A은 11-39번, Helix B는 71-91번, Helix C는 100-123번, Helix D는 143-171번 사이의 아미노산으로 되어 있다. 이들 4 개 helix는 loop로 서로 연결되어 있는데 \( \mathrm{A} \) 와 \( \mathrm{B}, \mathrm{C} \) 와 \( \mathrm{D} \) 를 연결하는 loop가 \( \mathrm{B} \) 와 \( \mathrm{C} \) 를 연결하는 loop보다 더 길다. 이 외에 Helix A와 Helix B 사이에 짧은 Helix가 존재한다. 역평행 구조를 하고 있으나 helix들이 up-down-up-down이 아닌 up-up-down-down 배열을 하고 있다. 이러한 배열은 다른 조혈성장인자인 M-CSF, GM-CSF, IL-4에서도 발견이 되어 조혈성장인자의 공통적인 골격 구조로 간주된다. 두 개의 disulfide bond가 cysteine 36 과 42,64 와 74 사이에 형성되어 있으며, \( \mathrm{G} \)-CSF의 활성에 아주 중요한 것 밝혀졌다. 실예로서, Cysteine 64-cystein 74 결합이 결여되면 alpha-helix의 절반이 형성되지 못하며 기능도 상실하는 것으로 알려겼다. 당쇄의 부가는 소포체에서 일어나는 N-glycosylation과 골지체(Golgi Apparatus)에서 일어나는 O-glycosylation 두 가지가 있다. G-CSF는 소포체 내에서 잍어나는 N-glycosylation을 위한 Asn-X-Ser/Thr 모티브는 존재하지 않아 N-glycosylation 당쇄는 없는 반면에, 골지체에서 일어나는 O-glycosylation이 133번 Threonine 아미노산에 일어나 당쇄가 붙어 있다. 당쇄의 기능은 활성에는 직접적인 연관성은 없으나 안정성과 관련된 것으로 간주되며 이것에 대해선 뒤 부분에서 다시 논의하기로 한다.</p>