제6장 세포주기 하나의 세포가 두 개로 분열하고 있다.

6.1 세포분열과 세포죽음 사이의 균형 체세포분열(유사분열, mitosis): 하나의 세포로부터 유전적으로 동일한 2개의 세포를 생성하는 과정이다. 다세포 생물에서는 발생 중에 일부 세포가 죽음으로써 정상적인 구조가 만들어진다. 발생의 정상적인 과정의 일부인 세포의 죽음현상을 예정세포사 (apoptosis)라고 함. 예정세포사는 유사분열처럼 정교하면서도 유전적으로 계획된 일련의 과정에 따라 이루어진다. 발생초기에 유사분열과 예정세포사는 세포 수의 감소나 증가를 조화롭게 조정하여 새로운 구조가 만들어지도록 한다. 그림 6.1 세포분열과 예정세포사는 발생을 조절한다. 유사분열은 발생과정 동안에 새로운 세포들을 생성하는 반면에, 예정세포사를 통해서 특정세포들이 제거됨으로써 몸 일부분의 모양과 크기가 정확하게 만들어진다. 이러한 상반된 작용 사이의 균형은 배 발생 단계에서 여러 가지 기관을 형성하며, 신생아의 빠른 성장과정 동안 체형을 유지시킨다.

6.1 세포분열과 세포죽음 사이의 균형 암 (cancer)은 세포분열과 세포죽음 사이의 균형을 파괴한다. 이러한 비정상적인 성장은 유사분열이 너무 빈번하거나 또는 너무 여러 번 일어날 때 그리고 예정세포사가 너무 드물게 일어날 때 발생한다. 그림 6.1 세포분열과 예정세포사는 발생을 조절한다. 유사분열은 발생과정 동안에 새로운 세포들을 생성하는 반면에, 예정세포사를 통해서 특정세포들이 제거됨으로써 몸 일부분의 모양과 크기가 정확하게 만들어진다. 이러한 상반된 작용 사이의 균형은 배 발생 단계에서 여러 가지 기관을 형성하며, 신생아의 빠른 성장과정 동안 체형을 유지시킨다.

+ 개념정리 유사분열 (체세포분열)은 다양한 세포 기능을 위해 세포들을 생성한다. 이분법은 유사분열과 유사하며, 단세포 생물에게는 자손을 늘려가는 생식과정이다. 예정세포사는 세포들을 의도적으로 제거하는 과정으로 신체 구조를 형성하고, 성장을 조절한다. 암은 세포분열 및 예정세포사가 조절을 벗어날 때 생긴다.

6.2 세포주기 (1) 간기는 대사활동이 왕성한 시기이다 세포주기(cell cycle)는 세포복제 단계를 기술한 것이며, 세포가 분열하는지, 또는 그렇지 않은지를 나타낸다. 세포분열 결과 만들어진 딸 세포는 생명을 유지하고 분화 또는 가능하게 할 수 있도록 분자와 세포 소기관뿐 아니라 완전한 유전정보를 받아야 한다. 여러 개의 ‘검문지점 (ckeckpoint)’이 조절하는 세포주기는 다세포생물의 형태와 기능에 아주 중요하다. 검문지점은 세포주기의 특정 시간대를 나타낸 것으로 단백질들에 의해 이 시기의 통과 여부가 결정된다. 그림 6.2 세포주기. 세포주기는 간기와 유사분열기로 나뉜다. 간기에는 DNA 합성을 포함하는 세포성분의 합성이 활발하게 일어난다. 유사분열기(핵분열과 세포질분열)에는 세포가 둘로 나뉘며, 이때 세포성분이 각각 딸세포로 나뉜다. 간기는 2개의 G₁기와 G₂기 그리고 DNA 합성기로 구성되며, G₁기와 G₂기에 물질대사가 활발하게 일어난다. S기 동안에 DNA가 합성된다. 유사분열은 전기, 전중기, 중기, 후기, 말기 및 세포질분열 등 여러 단계로 이루어진다.

6.2 세포주기 (1) 간기는 대사활동이 왕성한 시기이다 세포주기의 세 가지 주요 단계 핵이 활발하게 분열할 때의 핵분열(karyolinesis) 기타의 세포 내용물이 딸세포에게로 배분될 때의 세포질분열(cytokinesis) 세포가 세포분열을 위해서 준비할 때인 간기(interphase)를 포함한다. 그림 6.2 세포주기. 세포주기는 간기와 유사분열기로 나뉜다. 간기에는 DNA 합성을 포함하는 세포성분의 합성이 활발하게 일어난다. 유사분열기(핵분열과 세포질분열)에는 세포가 둘로 나뉘며, 이때 세포성분이 각각 딸세포로 나뉜다. 간기는 2개의 G₁기와 G₂기 그리고 DNA 합성기로 구성되며, G₁기와 G₂기에 물질대사가 활발하게 일어난다. S기 동안에 DNA가 합성된다. 유사분열은 전기, 전중기, 중기, 후기, 말기 및 세포질분열 등 여러 단계로 이루어진다.

6.2 세포주기 (1) 간기는 대사활동이 왕성한 시기이다 간기는 세포의 일생에서 대단히 활동적인 시기 이 시기에 세포는 기본적인 여러 기능을 계속할 뿐만 아니라 유전물질을 복제하고, 여러 가지 단백질과 내부구조들도 복제한다. 간기는 두 공백기 (gap, G)와 합성기 (S)로 나뉜다. 그림 6.2 세포주기. 세포주기는 간기와 유사분열기로 나뉜다. 간기에는 DNA 합성을 포함하는 세포성분의 합성이 활발하게 일어난다. 유사분열기(핵분열과 세포질분열)에는 세포가 둘로 나뉘며, 이때 세포성분이 각각 딸세포로 나뉜다. 간기는 2개의 G₁기와 G₂기 그리고 DNA 합성기로 구성되며, G₁기와 G₂기에 물질대사가 활발하게 일어난다. S기 동안에 DNA가 합성된다. 유사분열은 전기, 전중기, 중기, 후기, 말기 및 세포질분열 등 여러 단계로 이루어진다.

6.2 세포주기 (1) 간기는 대사활동이 왕성한 시기이다 G1기(phase): 세포의 운명을 결정짓는 일종의 중요한 검문지점이 있다. 세포가 분열을 계속해야 할 것인지, 손상된 DNA를 복구하기 위하여 멈추어야 할 것인지, 무활동기 (G0)라는 휴지상태로 들어갈 것인지, 또는 죽어야 할 것인지를 결정짓는다. 합성된 단백질, 지질 및 탄수화물들은 후에 딸세포의 세포막을 만드는 데 이용된다. 그림 6.2 세포주기. 세포주기는 간기와 유사분열기로 나뉜다. 간기에는 DNA 합성을 포함하는 세포성분의 합성이 활발하게 일어난다. 유사분열기(핵분열과 세포질분열)에는 세포가 둘로 나뉘며, 이때 세포성분이 각각 딸세포로 나뉜다. 간기는 2개의 G₁기와 G₂기 그리고 DNA 합성기로 구성되며, G₁기와 G₂기에 물질대사가 활발하게 일어난다. S기 동안에 DNA가 합성된다. 유사분열은 전기, 전중기, 중기, 후기, 말기 및 세포질분열 등 여러 단계로 이루어진다.

6.2 세포주기 (1) 간기는 대사활동이 왕성한 시기이다 G0기: 세포는 주기를 벗어나 G1기에서 G0기로 들어갈 수 있다. G0기의 세포는 분화된 상태의 특징을 유지할 수 있지만 DNA 복제나 세포분열을 하지 못한다. 생물복제 (cloning)는 유전적으로 또 다른 개체와 동일한 개체를 생성하는 일이다. 그림 6.3 포유동물을 복제하기 위해서는 세포주기의 동시성이 요구된다. 처음에 과학자들은 포유동물 복제를 위해서 필수적인 G₀기 상태의 핵을 사용하였지만, 오늘날은 다양한 단계에서 얻은 공여자핵을 이용하여 복제에 성공하였다. 그러나 핵을 제공하는 세포와 수용자 세포는 같은 세포주기의 단계에 있어야 한다.

6.2 세포주기 (1) 간기는 대사활동이 왕성한 시기이다 S기: 대부분의 사람세포에서 S기 동안에 수십억 개의 DNA 뉴클레오티드를 조립하기 위하여 8~10시간 정도가 소요된다. 핵과 세포질 내에서 일어나는 여러 가지 반응을 통합하는 단백질과 염색체를 구성하는 단백질을 포함해서 많은 단백질들이 이 시기에 만들어진다. 그림 6.2 세포주기. 세포주기는 간기와 유사분열기로 나뉜다. 간기에는 DNA 합성을 포함하는 세포성분의 합성이 활발하게 일어난다. 유사분열기(핵분열과 세포질분열)에는 세포가 둘로 나뉘며, 이때 세포성분이 각각 딸세포로 나뉜다. 간기는 2개의 G₁기와 G₂기 그리고 DNA 합성기로 구성되며, G₁기와 G₂기에 물질대사가 활발하게 일어난다. S기 동안에 DNA가 합성된다. 유사분열은 전기, 전중기, 중기, 후기, 말기 및 세포질분열 등 여러 단계로 이루어진다.

6.2 세포주기 (1) 간기는 대사활동이 왕성한 시기이다 G2기: 세포는 더욱 더 많은 단백질, 특히 미세소관(microtubule)을 형성하는 튜불린(tubulin) 단백질을 많이 합성한다. DNA는 염색체를 구성하는 단백질 주위를 더욱 견고하게 휘감는다. 이러한 염색체 응축(chromosome condensation)의 시작은 유사분열이 임박했다는 신호가 된다. 이로써 간기가 끝나게 된다. 그림 6.2 세포주기. 세포주기는 간기와 유사분열기로 나뉜다. 간기에는 DNA 합성을 포함하는 세포성분의 합성이 활발하게 일어난다. 유사분열기(핵분열과 세포질분열)에는 세포가 둘로 나뉘며, 이때 세포성분이 각각 딸세포로 나뉜다. 간기는 2개의 G₁기와 G₂기 그리고 DNA 합성기로 구성되며, G₁기와 G₂기에 물질대사가 활발하게 일어난다. S기 동안에 DNA가 합성된다. 유사분열은 전기, 전중기, 중기, 후기, 말기 및 세포질분열 등 여러 단계로 이루어진다.

6.2 세포주기 (2) 유사분열은 염색체를 분배한다 유사분열 동안에 새롭게 복제된 유전물질은 2개의 개별 세포로 분리되어야 한다. 이 과정에서 중요한 구조는 복제된 염색체들과 이것을 2개 조로 분리시키는 유사분열 방추사(mitotic spindle)라고 하는 미세소관이다. 유사분열 참여 구조들: 복제된 염색체는 염색분체(chromatid)라는 2개의 동일한 염색체 물질의 사본으로 이루어진다. 복제된 염색체를 이루는 2개의 염색분체는 자매염색분체(sister chromatin)라 한다. 염색분체는 반복 DNA 서열과 특수 단백질로 이루어진 동원체(centromere)라는 작은 부위에서 연결된다. 유사분열의 특정 시기에 동원체를 반대방향으로 끌어당기면서 염색분체들이 분리된다. 그림 6.4 염색체들은 유사분열이 시작되기 전 S기 동안 복제된다. (A) 유전적으로 복제된 염색체의 동일한 2개의 염색분체들이 동원체에 부착되어 있다. (B) 사람의 한 염색체를 보여주며 중앙부에서 자매 염색분체를 형성한다. 염색체의 깊은 세로 골은 염색체 끝으로부터 안쪽으로 확장된다.

6.2 세포주기 (2) 유사분열은 염색체를 분배한다 복제된 염색체들이 균일하게 2개의 세포로 분배되도록 하기 위해서는 동일한 두 세트의 염색체로 나뉠 수 있도록 그룹을 이루어야 한다. 튜불린들이 미세소관으로 조립되면서 만들어지는 유사분열 방추사가 이러한 일을 수행한다. 유사분열 방추사는 튜불린 및 다른 단백질로 구성되어 있는 2개의 중심체(centrosome)로부터 만들어진다. 그림 6.5 방추사는 염색체들을 배열시킨다. 동물세포의 경우, 2개의 중심체로부터 바깥쪽으로 뻗어가는 섬유들로 이루어진 고도로 조직화된 미세소관으로 구성된다. 방추사 섬유들은 끌어당기고 밀어내면서 유사분열 초기 단계 동안에 염색체들을 배열시킨다.

6.2 세포주기 (2) 유사분열은 염색체를 분배한다 유사분열의 단계: 염색체를 2개의 딸세포에 균등하게 나누게 하는 사건들이 각 단계에서 일어난다. 그림 6.6 양파 뿌리 끝에 있는 세포들은 세포주기의 여러 단계를 나타낸다. 특정 단계의 세포 수와 그 단계의 기간은 비례한다. 간기는 가장 길어서 대부분의 세포들이 간기에 있다는 것을 나타낸다.

6.2 세포주기 (2) 유사분열은 염색체를 분배한다 그림 6.7 유사분열의 여러 단계. 삽화는 동물세포를 나타내며, 사진은 식물세포를 나타낸다.

6.2 세포주기 (2) 유사분열은 염색체를 분배한다 그림 6.7 (계속)

(3) 세포질분열은 세포질과 기타 세포 내용물을 분배한다 6.2 세포주기 (3) 세포질분열은 세포질과 기타 세포 내용물을 분배한다 세포질분열(cytokinesis)은 종이나 세포의 종류에 따라 후기(anaphase) 또는 말기(telophase)에 시작된다.9 동물세포의 경우, 세포질분열의 첫 신호는 적도판 근처의 세포주변이 약간 움푹 들어가는 것이다. 난할구(cleavage furrow)라 불리는 이러한 만입(indentation)은 세포막 아래에서 형성되는 액틴(actin)과 미오신(myosin) 섬유의 수축환(contractile ring)으로부터 기인한다. 그림 6.8 세포분열은 염색체가 분리될 때 시작된다. (A) 액틴과 미오신 섬유로 이루어진 수축환은 동물세포를 2개로 나눈다. (B) 분열 중인 캥거루쥐 세포로, 방추사의 튜불린은 초록색으로 염색되며, 염색체들은 자주 빛 청색으로 염색된다.

(3) 세포질분열은 세포질과 기타 세포 내용물을 분배한다 6.2 세포주기 (3) 세포질분열은 세포질과 기타 세포 내용물을 분배한다 식물세포에서는 세포분열 중에 두 딸세포를 분리시키는 새로운 세포벽을 만들어야 한다. 이러한 일을 수행하기 위하여 격막형성체(phragmoplast)라 불리는 구조가 딸세포들 사이에 형성되며, 세포벽을 형성하기 위해 셀룰로오스, 기타 다당류 및 단백질 같은 구조물질을 함유하는 소낭들을 격막형성체에 배열시킨다. 그림 6.9 식물에서의 세포질분열. 세포판은 식물세포의 세포질분열 동안에 격막형성체(phragmolast) 형성의 첫 번째 신호이다.

+ 개념정리 세포주기는 간기와 유사분열을 포함한다. 유사분열의 각 단계는 DNA가 정확하게 복제되게 하기 위한 능력을 세포에 제공하고, 각 딸세포는 정확한 세포질 구성성분을 갖게 되며, 양친에게서 발견되는 전체의 유전물질과 꼭 같은 정확한 복제본을 물려받게 된다. 세포는 꼭 필요한 여러 가지 기능을 수행하면서도, 분열을 멈추도록 하는 능력이 있다. 많은 세포들은 원치 않는 성장을 억제하고 세포분화를 허용하기 위해 분열을 멈춘 이 시기에 놓여 있다.

(1) 검문지점은 세포주기가 정상궤도에 있도록 한다 6.3 세포주기 조절 (1) 검문지점은 세포주기가 정상궤도에 있도록 한다 세포주기와 세포죽음을 조절하는 메커니즘은 분자, 세포 및 조직 수준에서 작용한다. 검문지점(checkpoint)은 일군의 상호작용 단백질들이 여러 단계에 걸쳐 작용하는 시기이다. 각 검문지점에서 주요 단백질의 존재여부에 따라 세포가 다음 단계로 진행하든지 아니면 멈추게 된다. 가능한 12가지 가운데 3곳을 예시 그림 6.10 세포주기 조절작용. 세포주기 검문지점은 여러 과정들이 정확한 순서로 일어나게 해준다. 여러 종류의 암세포는 단백질이 결함되었거나 결손에 의해 일어난 검문지점 교란으로 인하여 나타난다. 제한검문지점에서 세포는 유사분열 진행, DNA 복구, G₀기 진입 또는 세포죽음으로 갈 수 있다.

(1) 검문지점은 세포주기가 정상궤도에 있도록 한다 6.3 세포주기 조절 (1) 검문지점은 세포주기가 정상궤도에 있도록 한다 ‘예정세포사 검문지점(apoptosis checkpoint)’은 유사분열이 시작됨으로써 작동한다. 서비빈 (survivin)이라 불리는 단백질은 세포가 죽도록 하는 신호를 무시하고, 예정세포사보다는 세포가 유사분열 상태를 유지하도록 한다. 유사분열 후반에 ‘방추사 조립 검문 지점’은 방추사의 구성과 방추사와 염색체의 결합을 감독한다. 그림 6.10 세포주기 조절작용. 세포주기 검문지점은 여러 과정들이 정확한 순서로 일어나게 해준다. 여러 종류의 암세포는 단백질이 결함되었거나 결손에 의해 일어난 검문지점 교란으로 인하여 나타난다. 제한검문지점에서 세포는 유사분열 진행, DNA 복구, G₀기 진입 또는 세포죽음으로 갈 수 있다.

6.3 세포주기 조절 (2) 세포시계로서의 텔로미어 1960년대에 헤이플릭(Leonard Hayflick)은 세포들이 최대 횟수까지 분열을 허용하는 내부시계가 있다는 것을 발견하였다. 사람태아의 섬유아세포는 35~63회 분열 성인의 섬유아세포는 14~29회만 분열 1990년대 초반에 텔로미어(telomere)라는 긴 세포시계 탐색장치가 염색체 말단에 존재한다는 사실을 발견 특이한 6개의 뉴클레오티드 DNA 염기서열이 수백에서 수천의 반복으로 끝난다. 세포분열 마다 세포 내의 텔로미어들은 염색체 말단으로부터 50~200개의 DNA 뉴클레오티드를 잃어버린다. 정자생성세포나 암세포는 텔로미어를 유지 그림 6.A 텔로미어의 구조. 아래 사진은 텔로미어의 구조(초록색)와 염색체 DNA(붉은색)를 나타낸다.

6.3 세포주기 조절 (2) 세포시계로서의 텔로미어 세포들이 텔로머라아제를 만들게 되면 세포의 텔로미어를 오래 남게 된다. 텔로머라아제 (telomerase)는 염색체 말단에 DNA를 덧붙일 수 있다. 사람의 경우, 텔로머라아제 양은 정자생성세포, 혈액세포 및 장 내막세포에 많음 그림 6.11 텔로미어. (A) 척추동물의 정상적인 체세포에서 텔로미어는 세포들이 텔로머라아제를 생성하지 못하기 때문에 각 세포분열마다 짧아진다. 텔로미어가 일정한 지점에 이르기까지 줄어들면 세포는 더 이상 분열하지 않는다. (B) 정자생성세포, 혈액세포 및 암세포들은 텔로머라아제를 생성하고, 계속해서 세포분열시계를 재설정하기 위하여 텔로미어를 확장해 나간다. (C) 텔로머라아제는 RNA를 포함하는데, 이 RNA는 반복된 DNA 서열[TTAGGG]에 대한 주형으로 작용하는 뉴클레오티드 서열[AAUCCC]이다.

6.3 세포주기 조절 (2) 세포시계로서의 텔로미어 암세포의 경우, 텔로머라아제의 양은 질병이 진행됨에 따라 증가한다. 오늘날의 연구는 암세포에서 텔로머라아제를 불활성화시키는 방법을 찾는데 집중되었고, 노화세포에서는 텔로머라아제 활성을 증대시키는 방법을 찾는데 집중 식물의 텔로미어 또한 짧은 DNA가 반복적으로 이루어져 있지만 척추동물의 체세포에서 작용할 때처럼 텔로미어가 유사분열시계의 일부에서처럼 줄어들지 않는다.

(3) 다양한 신호에 의한 세포분열의 억제 또는 개시 6.3 세포주기 조절 (3) 다양한 신호에 의한 세포분열의 억제 또는 개시 세포 밖으로부터 오는 신호와 내부로부터 오는 신호에 의해 세포주기는 영향을 받는다. 배양을 통해 성장하는 정상적인 세포는 배양기 내에서 한 층의 세포두께를 형성할 때 분열을 멈춘다. 만일 그 층에 상처가 나면, 찢어진 경계부위의 나머지 세포는 성장을 하고, 그 공백을 채우지만 일단 공간이 채워지면 분열을 멈춘다: 접촉성 억제(contact inhibition) 그림 6.12 접촉성 억제. (A) 배양 중에 있는 정상적인 동물세포는 한 층의 세포 두께의 판(단일 층)으로 배양기 내에 배양될 때까지 분열한다. (B) 제거되는 쪽의 가장자리에 있는 세포들은 자라서 분열하며, (C) 공백을 채운다. 그러나 그 세포들은 접촉성 억제로 인해서 서로 층을 쌓지는 않는다. 반면에, (D) 암세포들은 제멋대로 서로 층을 쌓는다.

(3) 다양한 신호에 의한 세포분열의 억제 또는 개시 6.3 세포주기 조절 (3) 다양한 신호에 의한 세포분열의 억제 또는 개시 특정 호르몬(hormone)과 성장인자(growth factor)들은 세포가 분열하기 위해 신호를 보내는 생화학물질이다. 세포분열은 호르몬 신호에 의해 일어나는 한 예가 된다. 여성의 생식주기에서 특정한 시기에 에스트로겐의 양은 최고조에 이르며, 자궁내막세포들을 자극하여 세포분열을 촉진하고 조직형성을 도와 수정란이 착상할 수 있도록 한다. 성장인자는 국소세포분열을 촉진하는 단백질이다. 상처부위에서 손상된 세포들은 세포분열속도를 증가시키는 성장인자를 분비하여 손상된 조직을 대체

(3) 다양한 신호에 의한 세포분열의 억제 또는 개시 6.3 세포주기 조절 (3) 다양한 신호에 의한 세포분열의 억제 또는 개시 세포 내의 생화학물질도 세포분열을 촉진시킨다. 키나아제(kinase)와 사이클린(cyclin)이 유전자를 활성화시키면, 이로부터 만들어진 단백질들이 상호작용하여 세포분열을 수행한다. 키나아제 분자들은 간기 동안에 축적된 사이클린 분자에 결합한다. 키나아제-사이클린 복합체는 다른 효소들을 활성화시킴으로써 세포는 유사분열 단계로 들어감 그림 6.13 사이클린과 키나아제는 세포주기를 조절한다. 키나아제 분자들은 항상 세포 내에 존재하며, 간기 동안에 축적되는 사이클린 분자들과 결합한다.

(4) 줄기세포는 새로운 조직을 만들기 위한 보고이다 6.3 세포주기 조절 (4) 줄기세포는 새로운 조직을 만들기 위한 보고이다 조직은 생물이 성장함에 따라 새로운 세포를 생성하거나 또는 상처난 질병으로 인해 손상된 조직을 복구하도록 새로운 세포를 재생시킬 수 있는 능력을 보유해야 할 뿐만 아니라, 그들의 분화된 특징을 유지해야 한다. 이를 위해 많은 조직들은 적은 수의 줄기세포 (stem cell)를 가지고 있으며, 이 세포로부터 세포분열을 통해 조직을 채운다. 피부상피층에 있는 세포들은 예정세포사를 경유하여 죽는다. 그림 6.14 줄기세포. 일부 조직에서 특정 부위에 있는 세포들만이 분열한다. 사람 피부의 표피는 기저층(가장 깊은 층)에 활발하게 분열하는 줄기세포를 갖고 있으며, 대부분의 딸세포들을 위쪽으로 밀어내지만 특정한 수의 줄기세포는 보존한다.

(4) 줄기세포는 새로운 조직을 만들기 위한 보고이다 6.3 세포주기 조절 (4) 줄기세포는 새로운 조직을 만들기 위한 보고이다 피부와 소장뿐만 아니라 뇌와 심장에서도 줄기세포를 발견하였다. 적은 수의 신경줄기세포 뭉치가 뇌실 (ventricle)에 존재한다. 이러한 세포들은 상처를 받은 후에 기능을 회복하기 위하여 또는 신경세포들이 죽음으로써 신경세포와 신경교세포를 대체하기 위하여 분열할 수 있다. 신경줄기세포로 이루어진 이식조직은 척수 손상 및 퇴행성 신경장애의 치료에 대한 기대를 갖게 한다. 그림 6.14 줄기세포. 일부 조직에서 특정 부위에 있는 세포들만이 분열한다. 사람 피부의 표피는 기저층(가장 깊은 층)에 활발하게 분열하는 줄기세포를 갖고 있으며, 대부분의 딸세포들을 위쪽으로 밀어내지만 특정한 수의 줄기세포는 보존한다.

+ 개념정리 짧아지는 염색체 말단에 의해서 제공되는 생체시계인 생화학적 검문지점과 세포 내외로부터 오는 신호들이 세포주기를 조절한다. 생화학물질들은 성장과 세포분열을 촉진하는 신호로 작용함으로써 신체의 필요성을 조절한다. 줄기세포는 조직의 영속성을 제공해주며, 조직의 성장과 특성화를 유지시켜준다.

6.4 세포의 죽음 (1) 예정세포사는 계획된 세포죽음과정이다 닭의 발이 형성됨으로써 사라지는 물갈퀴의 막과 올챙이 꼬리의 재흡수는 모두 예정세포사 (apoptosis)에 해당 유사분열처럼, 예정세포사 단계는 매우 잘 만들어진 프로그램을 운명짓는 것처럼 정교하게 조절되며, 특이적이고 순차적으로 진행된다. 예정세포사는 세포를 식세포가 먹을 수 있는 작은 크기로 조각된다. 대조적으로 괴사 (necrosis)는 상처로 인해 일어나는 세포죽음이다. 괴사는 세포가 부풀고, 파열되어 심한 염증을 초래하는 지저분한 과정이다. 그림 6.15 예정세포사는 발가락을 만든다. 발생 중인 닭의 발은 다방면에 걸친 예정세포사를 거치지만(A), 발생 중인 오리의 발은 예정세포사를 거치지 않아 물갈퀴의 막을 계속 유지한다(B).

6.4 세포의 죽음 (1) 예정세포사는 계획된 세포죽음과정이다 계획된 세포죽음은 운명을 다한 세포막의 죽음수용체가 죽음 신호 (자외선 방사, X-선, 독성화학물질 등)를 받아들이면서 시작된다. 죽음수용체와 결합한 후 수초 이내에 카스파아제 (caspase)라는 효소가 활성화됨으로써 화학적 연쇄반응이 시작된다. 카스파아제가 핵막을 지탱시키는 중간섬유를 파괴하면 염색질(chromatine)이 응축한다. 카스파아제는 DNA를 복제하고 복구하는 효소를 파괴하고, DNA를 자르는 효소를 활성화시키며 세포골격(cytoskeleton)을 따로 따로 찢어 헤친다. 세포막 내면으로부터 외부표면으로 특수한 인지질을 보내, 식세포를 유인한다. 그림 6.15 예정세포사는 발가락을 만든다. 발생 중인 닭의 발은 다방면에 걸친 예정세포사를 거치지만(A), 발생 중인 오리의 발은 예정세포사를 거치지 않아 물갈퀴의 막을 계속 유지한다(B).

6.4 세포의 죽음 (1) 예정세포사는 계획된 세포죽음과정이다 예정세포사가 한창일 때의 세포는 특징적인 모양을 나타낸다. 다른 세포와 접촉하지 못하도록 둥글게 되며, 세포막은 피부에 생긴 수포처럼 부푼 형태로 된다. 핵은 파괴되고, 수백만 개의 같은 크기로 잘린 작은 DNA 절편을 갖는 염색사가 방출된다. 세포는 산산히 부서진다. 그림 6.16 세포의 죽음. 예정세포사를 겪는 세포는 자신의 특징적인 모양을 잃어버리며, 수포를 형성하고, 결국은 사라져 버린다. 카스파아제는 세포의 내부를 파괴시킨다. 식세포들은 잔류물질을 소화시킨다.

6.4 세포의 죽음 (2) 예정세포사는 신체구조의 형태와 기능이 정상적으로 되도록 한다 사람의 뇌신경세포 간의 연결은 적절한 기능을 수행하기 위해 필수적이다. 커다란 신경세포집단으로부터 세포 간의 적절한 연결이 되기 위해서는 특정 세포에서 신경성장인자 (nerve growth factor, NGF)를 분비하여, 다른 신경세포를 유인해야 한다. 예정세포사는 신경성장인자에 반응하지 않는 신경세포들을 제거시킨다. 예정세포사는 사람의 면역계가 비자기로부터 자기를 식별할 수 있도록 미세하게 조절한다. 예정세포사는 두 번째 기능은 보호작용으로서 암세포로 자랄 수 있는 세포들을 탐색하여 제거하는 방어기능을 한다. 예정세포사가 너무 적으면 자가면역질환(autoimmune disorder)과 암을 유발할 수도 있다. 지나친 예정세포사는 간기능부진과 알츠하이머병과 같은 퇴행성 신경질환의 원인이 될 수도 있다.

+ 개념정리 세포는 여러 구조를 형성하는 과정에 원치 않는 세포들을 제거하기 위하여 예정세포사라는 메커니즘을 갖고 있다. 이러한 메커니즘은 암을 유발할 수 있는 통제되지 않는 세포로부터 생물을 보호하는 한 방법이다.

6.5 암: 세포주기가 사라지면 발생한다 (1) 암세포는 정상세포와 다르다 우리들 중 세 사람 가운데 한 사람은 암에 걸릴 수도 있다. 암세포는 주변의 세포들 보다 더 자주 또는 여러 번 분열을 계속하여, 악성종양(malignant tumor)이라 불리는 집단으로 자라나거나 혈류를 통하여 이동한다. 암세포는 세포분열과 죽음에 대한 조절과정을 잃어버린 한 세포로부터 시작한다. 그림 6.17 암이 전파되는 데는 여러 해가 걸린다. 흡연으로 인한 폐암은 호흡기관의 자극으로 시작된다. 섬모상 세포들이 죽고(금연하면 회복될 수 있음), 기저세포(basal cell)가 분열하고, 그런 다음에 자극이 계속되면 암으로의 변화가 나타날 수 있다.

6.5 암: 세포주기가 사라지면 발생한다 (1) 암세포는 정상세포와 다르다 충분한 영양소와 공간이 주어지면 암세포는 통제할 수 없이 그리고 끊임없이 분열할 수 있다. 최초의 암세포 기증- ‘헬라 (Hela)’세포 (Henretta Lacks라는 환자이름에서 유래 암세포는 그들이 유래한 세포보다 더욱 여러 번 분열한다. 종양의 특징은 암세포로 전환되는 처음 세포의 속성에 달려있다. 그림 6.17 암이 전파되는 데는 여러 해가 걸린다. 흡연으로 인한 폐암은 호흡기관의 자극으로 시작된다. 섬모상 세포들이 죽고(금연하면 회복될 수 있음), 기저세포(basal cell)가 분열하고, 그런 다음에 자극이 계속되면 암으로의 변화가 나타날 수 있다.

6.5 암: 세포주기가 사라지면 발생한다 (1) 암세포는 정상세포와 다르다 암의 더욱 위험스러운 특성 가운데 하나는 일부 유형의 암세포들이 본래의 집단으로부터 몸 속 먼 곳까지 이동하려는 경향이 있다는 것이다. 전이 (metastasis)라는 이 과정이 일어나면, 예후(prognosis)를 짐작하기 어려워진다. 암세포는 부착성이 덜하고, 세포막이 더욱 유동적이기 때문에 동그랗다. 종양은 접촉억제작용의 상실로 인하여 형성된다.

6.5 암: 세포주기가 사라지면 발생한다 (2) 암을 유발하는 유전자 발암유전자 (oncogene)는 정상적인 세포에서 세포분열을 개시하는 유전자의 변이형이지만, 과도하게 발현되어 세포주기를 촉진한다. 종양억제유전자(tumor suppressor gene)는 세포분열을 방해하거나 정상적인 세포죽음을 촉진한다. 수백 가지의 발암유전자와 종양억제유전자가 알려져 있다. 식이요법, 운동습관, 태양빛 노출 및 흡연과 같은 환경적인 영향은 발암유전자의 활성화와 종양억제유전자의 불활성화에 영향을 미친다. 전통적인 암의 치료법으로는 수술, 화학요법과 방사선치료법 등이 있다.

+ 개념정리 암은 세포주기를 교란시킴으로써 세포가 계속 분열하도록 하며 특성화된 기능을 잃어버리게 한다. 세포가 성장함에 따라 암세포는 종양을 형성할 수도 있고, 다른 조직에 침투하여 죽음을 초래할 수도 있다. 정상적인 유전자의 돌연변이는 세포주기와 예정세포사를 조절하는 생명유지에 필수적인 단백질을 변화시킨다.

6장 핵심내용 세포분열과 죽음은 발생과정에서 여러 기관의 모양을 특징짓고, 틀정 유형의 세포가 유지되도록 하며, 암으로 전개될 수 있는 세포를 제거함으로써 여러 조직을 보호한다. 세포주기는 어떤 세포가 분열을 준비 중인지, 유전물질을 복제하고 있는지, 아니면 세포질 및 세포소기관의 분열 또는 고분자의 합성과정에 있는지를 설명해주는 일련의 과정이다. 유사분열의 여러 단계는 DNA를 포함하는 염색체와 방추사 등의 참여를 통해 일어나며, 각 딸세포들이 모세포에 있는 유전물질을 완전히 물려받을 수 있도록 해준다. 세포주기의 여러 검증지점은 일련의 세포주기 과정을 유지하기 위해 상호작용하는 단백질을 이용하며, 세포의 운명을 조절한다. 줄기세포는 신체의 모든 분화된 세포를 제공해줄 수 있는 원천이다. 줄기세포가 조직으로분화하지 않고 그 특성을 유지함으로써 지대한 관심을 불러 일으켰고, 질병 치료에 대한 무한한 가능성을 열어놓았다.

예정세포사는 여러 구조가 제대로 만들어지게 하는 계획된 세포죽음이며, 암으로 진전될 수 있는 세포를 제거한다. 암은 세포주기와 세포죽음을 조절하는 유전자에 돌연변이가 생겨 일어나며, 이러한 변화로 인해 세포가 분화된 기능을 잃어버리고 분열하며 제어할 수 없을 정도로 퍼져나간다.