AMPK는 종종 세포의 "에너지 센서"로 소개됩니다.이러한 설명은 유용하지만 통로를 실제보다 훨씬 단순하게 만들 수도 있습니다.
AMPK가 실제로 반응하는 것은 세포 에너지 균형의 변화입니다.ATP는 지속적으로 소모되며, 근육 수축이나 영양 부족과 같은 상황에서는 ATP 회전율이 교체되는 것보다 더 빠르게 증가할 수 있습니다. ATP에 비해 ADP와 AMP가 축적되면 AMPK가 활성화되기 쉬워집니다. 일단 활성화되면 놀랍도록 광범위한 대사 단백질의 행동을 변화시킵니다.
가장 명확한 증거 중 일부는 골격근에서 나왔습니다.
고전적인 운동 연구에서 Rasmussen과 Winder는 운동 강도의 증가가 AMPK 활성 증가, 아세틸-CoA 카르복실라제 활성 감소 및 근육 말로닐-CoA 감소를 동반한다고 보고했습니다.말로닐-CoA는 일반적으로 지방산이 미토콘드리아로 들어가는 것을 억제하기 때문에 마지막 변화가 중요합니다. 이 실험은 운동, AMPK 및 지방산을 연료로 더 많이 사용하는 것 사이의 생화학적 연관성을 확립하는 데 도움이 되었습니다.
그 결과를 다음과 같은 간단한 진술로 바꾸고 싶은 유혹이 듭니다.AMPK는 근육이 지방을 태우게 만듭니다."생물학은 덜 깔끔합니다. 운동 중 지방 산화는 기질 가용성, 호르몬 수준, 운동 강도, 미토콘드리아 용량 및 동시에 작용하는 여러 신호 전달 경로에 따라 달라집니다. AMPK가 관여하지만 제어실에서 나머지 대사에 명령을 내리지는 않습니다.
포도당 흡수에도 동일한 주의가 적용됩니다.
골격근 수축은 훨씬 더 많은 포도당을 소비하는데, 그 이유는 주로 GLUT4 수송체가 세포 표면을 향해 이동하기 때문입니다.AMPK는 이 반응과 관련된 신호 중 하나이지만 유전자 실험에 따르면 특정 AMPK 촉매 하위 단위가 제거된 경우에도 수축으로 인한 포도당 흡수가 지속될 수 있는 것으로 나타났습니다.이후 연구에서는 AMPK가 수축 자체의 유일한 유발 요인이 되기보다는 수축 후 기간의 포도당 처리와 특히 관련이 있을 수 있다고 제안했습니다.
이는 신호 경로가 입문 교과서에 나오는 다이어그램처럼 거의 동작하지 않는 이유를 보여주는 좋은 예입니다. 이러한 다이어그램에는 일반적으로 셀에 부분적으로 중복된 여러 경로가 포함된 하나의 화살표가 포함됩니다.
AMPK는 세포 성장을 살펴볼 때에도 흥미로워집니다.
단백질, 막, 새로운 세포 물질을 만드는 것은 에너지 측면에서 비용이 많이 듭니다. 에너지 스트레스를 받는 동안 이러한 프로세스를 최고 속도로 계속하는 것은 거의 의미가 없습니다. AMPK가 사용하는 메커니즘 중 하나는 세포 성장의 주요 촉진제인 mTORC1을 억제하는 것입니다. 2008년에 Gwinn과 동료들은 AMPK가 mTORC1의 구성 요소인 랩터를 직접 인산화할 수 있음을 보여주었습니다. 정상적으로 인산화될 수 없는 랩터를 운반하는 세포는 에너지 스트레스 동안 이러한 대사 체크포인트를 적용할 수 있는 능력이 적습니다.
거의 동시에 자가포식에 대한 연구가 이야기의 또 다른 부분을 채우기 시작했습니다.
2011년 여러 그룹의 실험에서는 AMPK를 자가포식 시작에 관여하는 키나제인 ULK1에 직접 연결했습니다. 포도당 결핍 상태에서 AMPK에 의한 ULK1의 인산화는 세포가 세포 내 물질을 재활용하는 데 사용되는 기계를 활성화하는 데 도움이 됩니다. 한편, mTORC1은 영양분이 풍부할 때 반대 방향에서 동일한 시스템에 작용합니다.
이 관계는 아마도 AMPK가 "자가포식을 활성화한다"는 친숙한 문구보다 더 많은 정보를 제공할 것입니다.
에너지 스트레스를 겪고 있는 세포는 단순히 더 많은 연료를 태우려고 하는 것이 아닙니다. 이는 일시적으로 연기할 수 있는 항목, 재활용할 수 있는 재료, ATP 및 세포 무결성 유지를 위해 방향을 전환해야 하는 리소스를 결정하는 것입니다.
AMPK가 "에너지 절약 스위치"라는 대중적인 아이디어에 주의해야 할 또 다른 이유가 있습니다. 서로 다른 조직이 반드시 동일한 방식으로 AMPK를 사용하는 것은 아닙니다. 간, 골격근, 지방 조직 및 시상하부 뉴런은 서로 다른 대사 제약 하에서 작동하므로 AMPK 활성화의 결과는 이들 사이에서 실질적으로 다를 수 있습니다. 지속 시간도 중요합니다. 운동 중 AMPK 활동이 잠시 폭발하는 것은 지속적인 활성화와 생물학적으로 동일하지 않습니다.
따라서 AMPK는 단일 대사 스위치라기보다는 에너지 관리 네트워크의 일부로 더 잘 이해될 것입니다.
덜 극적으로 들릴 수도 있지만 실험에서 시사하는 바에 더 가깝습니다.AMPK는 에너지 가용성과 에너지 수요가 균형을 벗어났을 때 세포가 이를 알아차리도록 도와줍니다.다음에 일어날 일은 조직, 스트레스 유형 및 동시에 도착하는 기타 신호에 따라 다릅니다.