1.
염색체
2.
세포의 일생
3.
유사분열 조절
1. 염색체
1-1. 염색체의 구조
[부수체 satellite]
• 염색체 끝부분에 미세한 섬유구조로 연결된 구형 또는 타원형의 염색소립
• 부수체를 갖는 염색체를 SAT염색체라고 함
• 연결부분을 2차협착이라 하며, 이 부분에서 핵소체가 형성
• 부수체의 형태, 부수체와 염색체 본체를 연결하는 섬유구조의 길이는 일정하기 때문에 핵형 분석에서 중요한 지표가 됨
1-1. 염색체 구조(Cont.)
1-2. 사람의 염색체(Cont.)
사람은 22쌍의 상염색체와 1쌍의 성염색체가 있다
.
상동염색체: 체세포에 모양과 크기 가 같은 쌍으로 존재하는 염색체 핵형: 상동염색체 끼리 짝지어 나열 한 것
1-2. 사람의 염색체(Cont.)
2. 세포의 일생
2-1. 세포분열
무사분열(amitosis)
• 염색체나 방추체가 형성되지 않고 핵이 아령 모양으로 길어지면서 그대로 끊어지는 분열법
유사분열(mitosis)
• 진핵세포 핵의 기본적인 분열형식(유사분열은 중심체의 유무, 방추체와 염색체의 상대위치에 따라)분류
• 유사분열은 체세포의 유사분열과 감수분열로 나뉨, 두 경우 모두 분열할 때에 핵막이 소실되고 핵질은 염색체 로 응축되며 방추체에 따라 딸 핵으로 등분됨
• 전기, 중기, 후기, 말기의 단계로 이루어짐
☞ 체세포분열(somatic cell division) : 몸을 구성하는 체 세포 증가 분열, 핵분열(karyomitosis), 세포질분열 (cytokinesis)
☞ 감수분열(meiosis) : 정자와 난자 생식세포 생성 분열 유사분열(체세포분열) 무사분열(쥐 힘줄세포)
2-2. 세포주기
1. 체세포 주기
① 비분열기 (G
1, S, G
2, G
0) 간기(interphase)
② 분열기(mitosis)
= 핵분열(karyomitosis)
전기 (prophase) 중기 (metaphase) 후기 (anaphase) 말기 (telophase)
③ 세포질분열기(cytokinesis)
• 분열기(mitosis) 로부터 다음의 분열기까지 세포주기(cell cycle)가 한 번 바뀔 때마다, 세포의 수는 2배로 증식
• 세포증식은 checkpoint에서 분열을 제어하는 사이클린(cyclin), 사 이클린의존성커이네이즈(cyclin dependent kinase, cdc2kinase) 에 의해 조절
G2/S checkpoint
G2/S checkpoint
M checkpoint
2. 세포주기(Cont.)
2. DNA 유전정보 량의 변화
2. 세포주기(Cont.)
[Mitosis somatic cell division]
A: before Mitosis B: early Prophase C: Prophase
D: late Prophase E: pro-Metaphase F: Metaphase G: Anaphase H: Telophase
I: Telophase & cytokinesis
A B C
D E F
G H I
2-2. 세포주기(Cont.)
3. 세포질분열(cytokinesis)
• 세포 분열 시 핵분열에 이어 생기는 세포질의 분열.
• 세포질의 분열은 보통 딸핵이 완성되기 전의 핵분열 말기부터 일어남
☞ [동물세포] 말기가 되면 적도면에서 세포질의 외측에서 내측을 향 해 차츰 잘록해져서 구심적으로 함입되어 세포질이 완전히 양분된 다. 따라서 딸핵이 각기 1개씩 있는 2개의 세포가 된다. 다핵세포(가 로무늬근 세포)는 핵분열은 하나 세포질 분열은 하지 않는다.
☞ [식물세포] 단단한 세포벽이 있으므로 세포질 함입이 없고 세포판 이 원심적으로 형성된다. 이것은 골지체와 소포체에서 유래한 소포 들이 연속적으로 배열되어 서로 융합되면 세포막이 되고, 그 후에 섬유질이 첨가되어 세포벽으로 된다. 식물세포에서는 핵분열 말기 가 되면 적도면을 따라 알갱이 모양의 물질이 늘어서고, 이것이 융 합되어 세포판을 형성하고 세포질을 둘로 나눈다. 그 후 세포판 양 쪽에 셀룰로오스나 헤미셀룰로오스가 침착되어 두껍고 튼튼한 세 포벽이 만들어져 세포질은 완전히 둘로 나뉜다. 처음에 생긴 세포 판은 두 세포 사이의 접착제 역할을 한다.
함입 세포판
2-2. 세포주기(Cont.)
6. 세포사
• 세포가 생명활동을 끝내고 구조가 파괴되는 것, 몸을 만드는 세포의 상당수는 수명이 다하든 지, 바이러스 감염 등의 원인으로 세포사가 일어나는데, 사멸한 만큼 새로운 세포로 치환
• 아포토시스(apoptosis, 자멸사) : 생명활동을 유지하는 데 불필요해진 세포를 자발적으로 세 포사시켜 제거하는 것, 아포토시스 된 세포는 아포토시스 소체가 되어 대식세포에 의해 탐식 되어 제거
☞ 프로그램 세포사 : 불필요한 세포를 제거하면서 일어나는 형태 형성은 모두 유전자에 의해 서 프로그램 된 아포토시스에 의한 것. (ex) 올챙이의 꼬리가 흡수 (ex) 사람의 손가락은 사 이 조직이 분해, 흡수되는 것으로 완성
☞ 프로그램 세포사가 정해진 대로 진행되지 않으면 형태이상이 발생 (ex) 구개파열
• 네크로시스(necrosis, 괴사) : 세포가 화상이나 허혈 등에 의한 병적인 세포사
☞ 세포사에 의해 주변조직에 손상이 일어나는 것이 특징
3. 유사분열의 조절
1. 세포시계론(cellular clock theory)
2. 세포 주위 환경(세포집단효과)
3. 세포 외적 영향(호르몬, 성장인자)
4. 세포 내적 영향(촉진인자 조절)
3. 유사분열의 조절
1. 세포시계론(cellular clock theory)
• 세포는 무한히 분열하는 것이 아니라 정해진 최대 세포분열 수 만을 갖고 있다는 이론
• 헤이플릭 한계(Hayflick Limit): 세포의 최대 분열 수
☞ 태아 섬유상 세포 35~63회(평균 50회), 성인 섬유상 세포 14~29회(평균 20회)
• 세포시계 역할 담당: DNA의 텔로미어(그리스어의 '끝'(telos)과 '부위'(meros)의 합성어)
2009 노벨상 수상자
엘리자베스 H. 블랙번 캐럴 W. 그라이더 잭 W. 조스택
3. 유사분열의 조절(Cont.)
2. 세포 주위의 환경(세포집단효과)
• 밀도 의존성 세포분열 저해현상 : 세포가 너무 많이 모이게 되면 인접 세포들 간의 유사분열이 조절 이 되어 서서히 진행되거나 중지되는 현상
☞ 성인 세포의 경우 많은 세포들이 주변 세포들에 의해 분열이 저해 됨
☞ 피부 깊숙한 조직에서는 특정 부위의 세포에서만 분열이 이루어 지기도 함
☞ 세포가 너무 많아 세포분열을 촉진하는 단백질인자(성장인자)와 접촉할 수 없거나 성장인자가 완 전히 소모되었기 때문
a. 배양할 경우 배양 용기 안에 빈 공간을 채워가며 하나의 두꺼운 층을 형성하는데, 단층 세포군을 이루면 더 이상 유사분열이 일어나지 않는다.
b. 만일, 단층세포군에 균열이 일어나면 이 균열을 채우기 위해 유사분열이 증가하고
c. 균열부위가 채워지면 세포분열은 다시 중단된다.
3. 유사분열의 조절(Cont.)
3. 세포 외적 영향
• 호르몬(hormone)
☞ 동물에서 분비선에서 만들어진 호르몬은 혈류를 타고 이동하여, 신체의 다른 부위의 표적세포에서 효과를 나타냄
(ex) 에스트로겐: 난소에서 분비, 호르몬 수치가 최대치가 되면 자궁 표면 내 세포를 자극하여 분열을 시 작, 수정란의 착상을 유도
(ex) 성장호르몬: 뇌하수체 전엽에서 분비, 골조직, 연골조직의 유사분열 조절
• 성장인자(growth factor)
☞ 상처 치유를 위해 세포분열을 증가시키는 세포 내 단백질 인자
☞ 분열을 멈춘 세포도 성장인자가 들어있는 용액을 공급하면 세포가 빠른 속도로 분열을 하며, 세포의 크기는 작고 수가 많아짐
(ex) 상피성세포 성장인자: 외피세포를 자극하여 세포분열 유도. 무릎상처 치유, 침샘에서도 생성 (ex) 섬유아세포 성장인자: 모세혈관의 내피세포와 큰 혈관 내부의 내층 세포의 분열을 자극. 새로운 혈
관 형성. 새로운 조직에 피의 공급을 증가시킴으로써 산소와 영양분을 공급하여 상처를 복구하는 기 작에 중요한 역할
(ex) 혈소판유래 성장인자: 혈소판은 상처부위에서 분해되어 혈액을 응고시키는 성장인자 방출. 상처부위 의 섬유아세포의 유사분열을 자극. 혈액 응고 밑의 공간을 채우는 역할
3. 유사분열의 조절(Cont.)
• 세포 주기 조절계 (cell cycle control system)
☞ 세포주기 조절계란 주기적으로 작동하는 세포 내 단백질로서 세포의 주기 조절 및 세포 주기의 주요 현상을 유발
☞ 성장인자는 세포주기 조절계를 작동시켜 분열을 진행하도록 하는 신호단백질. 성장 인자가 세포막의 수용체에 결합하면 세포 분열을 유발하는 신호가 발생되고 이 신호 가 세포 주기 조절계에 전달되면 그에 따 라 세포 주기가 진행된다.
수용체
성장인자
세포막
신호 경로
단백질 전달
checkpoint G1
성장인자는 어떻게 세포 주기 조절계를 작동시키는가?
3. 유사분열의 조절(Cont.)
4. 세포 내적 영향(촉진인자 조절)
• 난성숙 촉진인자 (maturation-promoting factor)
☞ 난세포질 내에서 생성되는 소량의 MPF는 증폭되어 일정 농도가 되면 난성숙 유발
☞ 난세포질 내의 MPF는 종 특이성을 갖지 않음
☞ 분자량이 수만에 이르는 불안정한 인단백질
• M 기 촉진인자(M phase-promoting factor)
☞ 효모에서 사람에 이르기까지 M기 세포에 존재하며
☞ M기에 활성이 상승하였다가 간기에 소실
☞ 현재는 유사분열, 감수분열의 세포주기에서 M기 개시를 촉진
☞ 사이클린(cyclin)-사이클린의존성키나아제(cyclin dependent kinase, cdc2kinase=Cdk) 복합체
• S 기 촉진인자(M phase-promoting factor)
☞ 세포주기의 S기 개시를 촉진하는 실험에 의한 가상적 인자
☞ G1기 세포와 S기 세포를 융합하면 G1기 유래의 핵은 DNA합성을 개시하여 S기로 들어감
사이클린-cdc2kinase 복합체에 의한 세포주기 조절
[1단계] kinase 효소는 세포질에 항상 존재하며, 간기 단계에서 축적된 사이클린과 결합 하여 전-성숙촉진인자(pre-promoting factor )를 형성
[2단계] 전-성숙촉진인자 가 아직 알려지지 않 은 효소에 의해 활성화되어 성숙촉진인 자 형성
[3단계] 성숙촉진인자는 세포분열 유도
[4단계] 성숙촉진인자는 사이클린 분해효소 합 성을 자극
[5단계] 사이클린 분해로 성숙촉진인자 불활성 화
--- 세포분열은 중단되고 다음 세포주기는 사이클린이 간기에 일정 농도 이상 축 적되면 시작됨
유사분열은 어떻게 조직세포의 구성을 유지하는가?
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간세포(stem cell 줄기세포)
• 많은 조직 세포들이 조금씩 갖고 있는 미분화 세포
• 여러 종류의 신체 조직으로 분화할 수 있는 능력을 가진 세포
• 간세포(stem cell)는 분열하면 2개의 딸 세포 중 하나는 특정 기능을 수행 하기 위한 분화된 세 포가 되고 다른 하나는 다시 남아 또 다른 분열을 준비
• 간세포(stem cell)가 기저세포로 있는 경우 좀더 분화된 세포를 상층부로 밀어 올리는 역할을 한다. (피부, 작은창자)
정적세포집단(cellpopylation)
• 고도로 분화된 세포는 더 이상 분열하지 않고 정적인 세포집단을 유지
• 신경세포, 근육세포는 제1간기(G1기)에 남아 있는 것이 보통임
• 이들 조직 세포의 성장은 세포분열에 의한 것이 아니라 확장(신장)에 의해 성장
• 단일신경세포의 길이가 1m 정도 되는 것도 있지만 분열은 할 수 없음
세포 치료제 배아줄기세포
① 배아줄기세포는 난자와 정자가 결합해 만들어진 수정란이 세포 분열을 통해 여러 개의 세포로 이뤄진 배반포가 되고 심장, 뼈, 신경 등의 부위로 발달하기 위해 그 안에서 생성 되는 줄기세포
• 장점 : 모든 신체 장기로 분화할 수 있다는 때문에 난치병 치료 분야에서 특히 각광받음
• 단점: 배아줄기세포를 얻기 위해서는 수정한지 14일도 안되는 배아를 파괴해야 하기 때 문에 윤리적인 문제에서 자유롭지 못함
② 체세포 복제 인간배아줄기세포
• 슈크라트 미탈리포프 미국 오리건대 교수팀이 태아에서 얻은 피부세포를 이용해 인간배 아줄기세포를 복제하는 데 성공(2013. ‘셀’에 발표)
• 국내 차병원 줄기세포연구소팀이 태아가 아닌 성인의 피부세포를 이용해 줄기세포를 만 드는 데 성공(2014). 세포치료제를 만들 때 환자 자신의 피부세포를 그대로 사용할 수 있 다는 사실이 입증