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Life & Food SciencesLife & Food Sciences

2부 생명의 연속성

1. 세포증식과 세포죽음

- 생명체의 발생(development) : mitosis와 apoptosis의 균형에 의해 유지

- mitosis(체세포분열) : 하나의 세포로부터 두 개의 유전적으로 동일한 세포 형성

- apoptosis(예정세포사) : 정상적 기능의 세포핵으로부터 신호를 받아 예정된 시간에 죽음

- mitosis 와 apoptosis 의 계획된 조절에 의해 배아발생(embryonic development)

-> 신체의 크기와 모양을 유지(상처 치유, 암 발생)



2. 세포주기(cell cycle)

- 한 세포가 살아가는 동안 겪는 기능적, 연속적 단계

- 간기(interphase), 체세포분열기(mitosis)로 구분

- Checkpoint(검문지점, restriction point) : 세포주기의 on or off를 조절하는 시기

-> 세포주기 조절단백질의 상호작용으로 조절

-> 암발생의 억제 및 돌연변이 치유와 관련

- 3 단계 : interphase(간기), karyokinesis(핵분열), cytokinesis(세포질분열)-> interphase : G phase (gap, growth) + S phase (synthesis)

- 세포일생 중 가장 활동적인 기간

- 기본적 생화학적 생명기능 지속

- 유전적 물질의 복제

-> karyokinesis : 복제된 유전물질을 딸세포에 배분

- mitosis : prophase -> metaphase -> anaphase -> telophase

-> cytokinesis : mitosis로 유전물질 나눈 후 세포질 내용물을 배분


세포분열 및 세포주기세포분열 및 세포주기



세포주기세포주기


2부 생명의 연속성1) Interphase (간기)

- G1(G0) + S + G2로 구분

- G1 phase : 세포분열이 가능하도록 준비하는 기간

-> 세포구성성분(protein, lipid, carbohydrate) 합성

-> 여러 세포의 모양이 다양하게 분화 가능

-> restriction point 에서 세포의 운명 결정

-> quiescent (무활동단계, 휴지기, G0), apoptosis, cell division

- G0 phase : G1 phase에서 빠져나온 무활동기 -> DNA 복제 없음, 세포분열 없음


☞ G0 phase 와 체세포 복제

- 핵공여세포와 수용세포가 같은 세포주기에 있어야 함

- G0 phase가 가장 이상적

- G0 기의 세포를 얻는 것이 know-how

- 세포배양 중 영양분 제거로 가능



- S phase : 유전적 물질 복제 -> 중요한 합성 활동 시기

-> 8 ~ 10시간

- G2 phase : mitosis 준비 기간

-> 다량의 튜블린 합성

-> membrane 물질 합성 및 저장

-> 염색체 응축 시작

2) mitosis (M phase, 체세포 분열기)

- S 기에서 복제된 유전물질의 분리

- mitotic spindle(방추사)이 중요한 역할

- chromatid(염색분체) : 복제된 염색체물질

- centromere(동원체) :

-> chromatid를 연결시키는 DNA 염기서열부위

복제된 염색체와 미복제된 염색체복제된 염색체와 미복제된 염색체



☞ 방추사에 의한 염색체 배열

- centrosome(중심체) :

-> 방추사 생성부위

-> 한쌍의 centriole(중심소체, 기저체) 함유

- aster (성상체) : 별모양의 방추사 형성 모양

- kinetochores(방추사 부착점)

-> 염색체들을 방추사에 부착



M phase 여러 단계M phase 여러 단계



3. 세포주기 조절(cell cycle regulation)

- 체세포의 분열, 멈춤, 죽음의 조절 ->분자, 세포, 조직수준에서 작용

1) 분자수준에서의 조절

- restriction point 와 여러 check point 에서 조절

-> DNA 손상 check point, apoptosis check point, spindle assembly check point



☞ Telomere 와 세포수명

- telomere : 진핵생물 염색체 말단에 있는 반복되는 6개 DNA 염기서열 (수천 개까지)

- 매 세포분열 시 50~200개의 telomere DNA 사슬이 짧아짐

- 50번 분열 후 세포분열 정지 신호 보냄

- telomere 길이가 줄지 않는 세포타입 : 소장 내막세포, 골수세포, 일부 혈액세포

- 암세포는 telomere의 길이를 유지하는 능력 가짐

- telomere 가 짧아진 세포는 정상세포의 telomerase 를 만들지 못함

- telomerase 는 염색체 끝에 계속적으로 DNA를 붙일 수 있음



2) 세포수준에서의 조절

- 세포 내, 외의 신호에 대응하여 세포분열 조절

- 세포외 신호 : 호르몬, growth factor (EGF)

-> 동물의 상처부위 핥기 : 침샘에서 EGF 생산

- contact inhibition (접촉억제) :

-> 세포분열의 밀도효과 억제

-> 암세포 : 접촉저해 특성 결핍

- 세포내 신호 : cyclin, CDK(cyclin-dependent kinase)

-> 세포분열 수행을 위한 유전자 활성화

-> cyclin-CDK complex 형성

-> 세포주기에 따라 세포내 수준 변화


Cyclin D1,2 &3

CDK 4,6PCNA

RbE2F

RbP

P107&E2F

CDK2Cyclin E

E2F

Growth FactorRestriction pointp16

p15

p57

p21

p27

TGF β

TGF βContactinhibition

p53

P107&E2F

CDK2Cyclin A Cdc25ACdc2

Cyclin BCdc2

Cyclin B

PP

CyclinHCDK7

Woo1Mik1

Cdc2CyclinA & B

Cdc25c

G1

S

G2

M

Cyclin, CDK에 의한 세포주기 조절Cyclin, CDK에 의한 세포주기 조절



3) 조직수준에서의 조절

- 줄기세포(stem cell)에 의해 조직을 보충하기 위한 세포 공급

- stem cell : 자기 자신을 무한정으로 복사할 수 있는 미분화된 세포

- 상피세포 기저층, 골수세포, 일부 혈액세포에 존재



4. 세포죽음 (cell death)

- apoptosis(예정세포사) : 정상적 발생의 부분, 고도로 조절되는 특별하고 연속적 단계

- 세포막의 receptor 가 신호를 받을 때 시작

- 식세포에 의해 제거될 수 있는 상태로 세포골격 해체

-> caspase 의 활성화로 시작

-> DNA repair enzyme 파괴

-> DNA fragmentation enzyme 활성화

-> 인지질을 세포밖으로 이동 phagocytosis 유도

- apoptosis 의 목적

-> 체세포 분열 후 여분의 세포 제거

-> 면역계 조정 -> self, nonself 구별 가능케 함

-> self 인식 못하는 T cell 파괴

-> 방어기능 : 비정상적 성장세포 제거

-> 수가 적으면 자가면역질환 및 암 발생



Apoptosis 과정Apoptosis 과정

DNA fragmentation by apoptosis



☞ Apoptosis pathway



☞ 세포주기와 암세포

- 암발생 원인 :

-> 세포주기의 교란

-> 지나친 체세포 분열 수 와 속도

-> apoptosis 신호 무시

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