1. 염색체 2. 세포의일생 3. 유사분열조절 1
1. 염색체 2
1-1. 염색체의구조 [ 부수체 satellite] 염색체끝부분에미세한섬유구조로연결된구형또는타원형의염색소립 부수체를갖는염색체를 SAT 염색체라고함 연결부분을 2 차협착이라하며, 이부분에서핵소체가형성 부수체의형태, 부수체와염색체본체를연결하는섬유구조의길이는일정하기때문에핵형분석에서중요한지표가됨 3
1-1. 염색체구조 (Cont.) 4
1-2. 사람의염색체 (Cont.) 상동염색체 : 체세포에모양과크기 가같은쌍으로존재하는염색체 핵형 : 상동염색체끼리짝지어나열 한것 사람은 22 쌍의상염색체와 1 쌍의성염색체가있다. 5
1-2. 사람의염색체 (Cont.) 6
2. 세포의일생 7
2-1. 세포분열 무사분열 (amitosis) 염색체나방추체가형성되지않고핵이아령모양으로 길어지면서그대로끊어지는분열법 유사분열 (mitosis) 무사분열 ( 쥐힘줄세포 ) 진핵세포핵의기본적인분열형식 ( 유사분열은중심체의유무, 방추체와염색체의상대위치에따라 ) 분류 유사분열은체세포의유사분열과감수분열로나뉨, 두경우모두분열할때에핵막이소실되고핵질은염색체로응축되며방추체에따라딸핵으로등분됨 전기, 중기, 후기, 말기의단계로이루어짐 체세포분열 (somatic cell division) : 몸을구성하는체세포증가분열, 핵분열 (karyomitosis), 세포질분열 (cytokinesis) 감수분열 (meiosis) : 정자와난자생식세포생성분열 유사분열 ( 체세포분열 ) 8
2-2. 세포주기 1. 체세포주기 G 2 /S checkpoint M checkpoint 1 비분열기 (G 1, S, G 2, G 0 ) 간기 (interphase) 2 분열기 (mitosis) = 핵분열 (karyomitosis) 전기 (prophase) 중기 (metaphase) 후기 (anaphase) 말기 (telophase) G 2 /S checkpoint 3 세포질분열기 (cytokinesis) 분열기 (mitosis) 로부터다음의분열기까지세포주기 (cell cycle) 가한번바뀔때마다, 세포의수는 2 배로증식 세포증식은 checkpoint 에서분열을제어하는사이클린 (cyclin), 사이클린의존성커이네이즈 (cyclin dependent kinase, cdc2kinase) 에의해조절 9
2. 세포주기 (Cont.) 2. DNA 유전정보량의변화 10
2. 세포주기 (Cont.) [Mitosis somatic cell division] A: before Mitosis A B C B: early Prophase C: Prophase D: late Prophase E: pro-metaphase F: Metaphase D E F G: Anaphase H: Telophase I: Telophase & cytokinesis G H I 11
2-2. 세포주기 (Cont.) 3. 세포질분열 (cytokinesis) 세포분열시핵분열에이어생기는세포질의분열. 세포질의분열은보통딸핵이완성되기전의핵분열말기부터일어남 [ 동물세포 ] 말기가되면적도면에서세포질의외측에서내측을향해차츰잘록해져서구심적으로함입되어세포질이완전히양분된다. 따라서딸핵이각기 1개씩있는 2개의세포가된다. 다핵세포 ( 가로무늬근세포 ) 는핵분열은하나세포질분열은하지않는다. 함입 세포판 [ 식물세포 ] 단단한세포벽이있으므로세포질함입이없고세포판이원심적으로형성된다. 이것은골지체와소포체에서유래한소포들이연속적으로배열되어서로융합되면세포막이되고, 그후에섬유질이첨가되어세포벽으로된다. 식물세포에서는핵분열말기가되면적도면을따라알갱이모양의물질이늘어서고, 이것이융합되어세포판을형성하고세포질을둘로나눈다. 그후세포판양쪽에셀룰로오스나헤미셀룰로오스가침착되어두껍고튼튼한세포벽이만들어져세포질은완전히둘로나뉜다. 처음에생긴세포판은두세포사이의접착제역할을한다. 12
2-2. 세포주기 (Cont.) 6. 세포사 세포가생명활동을끝내고구조가파괴되는것, 몸을만드는세포의상당수는수명이다하든 지, 바이러스감염등의원인으로세포사가일어나는데, 사멸한만큼새로운세포로치환 아포토시스 (apoptosis, 자멸사 ) : 생명활동을유지하는데불필요해진세포를자발적으로세 포사시켜제거하는것, 아포토시스된세포는아포토시스소체가되어대식세포에의해탐식 되어제거 프로그램세포사 : 불필요한세포를제거하면서일어나는형태형성은모두유전자에의해서프로그램된아포토시스에의한것. (ex) 올챙이의꼬리가흡수 (ex) 사람의손가락은사이조직이분해, 흡수되는것으로완성프로그램세포사가정해진대로진행되지않으면형태이상이발생 (ex) 구개파열 네크로시스 (necrosis, 괴사 ) : 세포가화상이나허혈등에의한병적인세포사 세포사에의해주변조직에손상이일어나는것이특징 13
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3. 유사분열의조절 1. 세포시계론 (cellular clock theory) 2. 세포주위환경 ( 세포집단효과 ) 3. 세포외적영향 ( 호르몬, 성장인자 ) 4. 세포내적영향 ( 촉진인자조절 ) 15
3. 유사분열의조절 1. 세포시계론 (cellular clock theory) 세포는무한히분열하는것이아니라정해진최대세포분열수만을갖고있다는이론 헤이플릭한계 (Hayflick Limit): 세포의최대분열수 태아섬유상세포 35~63 회 ( 평균 50 회 ), 성인섬유상세포 14~29 회 ( 평균 20 회 ) 세포시계역할담당 : DNA 의텔로미어 ( 그리스어의 ' 끝 '(telos) 과 ' 부위 '(meros) 의합성어 ) 16
2009 노벨상수상자엘리자베스 H. 블랙번캐럴 W. 그라이더잭 W. 조스택 17
3. 유사분열의조절 (Cont.) 2. 세포주위의환경 ( 세포집단효과 ) 밀도의존성세포분열저해현상 : 세포가너무많이모이게되면인접세포들간의유사분열이조절이되어서서히진행되거나중지되는현상 성인세포의경우많은세포들이주변세포들에의해분열이저해됨피부깊숙한조직에서는특정부위의세포에서만분열이이루어지기도함세포가너무많아세포분열을촉진하는단백질인자 ( 성장인자 ) 와접촉할수없거나성장인자가완전히소모되었기때문 a. 배양할경우배양용기안에빈공간을채워가며하나의두꺼운층을형성하는데, 단층세포군을이루면더이상유사분열이일어나지않는다. b. 만일, 단층세포군에균열이일어나면이균열을채우기위해유사분열이증가하고 c. 균열부위가채워지면세포분열은다시중단된다. 18
3. 유사분열의조절 (Cont.) 3. 세포외적영향 호르몬 (hormone) 동물에서분비선에서만들어진호르몬은혈류를타고이동하여, 신체의다른부위의표적세포에서효과를나타냄 (ex) 에스트로겐 : 난소에서분비, 호르몬수치가최대치가되면자궁표면내세포를자극하여분열을시작, 수정란의착상을유도 (ex) 성장호르몬 : 뇌하수체전엽에서분비, 골조직, 연골조직의유사분열조절 성장인자 (growth factor) 상처치유를위해세포분열을증가시키는세포내단백질인자 분열을멈춘세포도성장인자가들어있는용액을공급하면세포가빠른속도로분열을하며, 세포의크기는작고수가많아짐 (ex) 상피성세포성장인자 : 외피세포를자극하여세포분열유도. 무릎상처치유, 침샘에서도생성 (ex) 섬유아세포성장인자 : 모세혈관의내피세포와큰혈관내부의내층세포의분열을자극. 새로운혈관형성. 새로운조직에피의공급을증가시킴으로써산소와영양분을공급하여상처를복구하는기작에중요한역할 (ex) 혈소판유래성장인자 : 혈소판은상처부위에서분해되어혈액을응고시키는성장인자방출. 상처부위의섬유아세포의유사분열을자극. 혈액응고밑의공간을채우는역할 19
3. 유사분열의조절 (Cont.) 성장인자는어떻게세포주기조절계를작동시키는가? 세포주기조절계 (cell cycle control system) 성장인자 세포막 세포주기조절계란주기적으로작동하는 세포내단백질로서세포의주기조절및세포주기의주요현상을유발 수용체 G1 checkpoint 성장인자는세포주기조절계를작동시켜분열을진행하도록하는신호단백질. 성장 신호경로 단백질전달 인자가세포막의수용체에결합하면세포 분열을유발하는신호가발생되고이신호 가세포주기조절계에전달되면그에따 라세포주기가진행된다. 20
3. 유사분열의조절 (Cont.) 4. 세포내적영향 ( 촉진인자조절 ) 난성숙촉진인자 (maturation-promoting factor) 난세포질내에서생성되는소량의 MPF 는증폭되어일정농도가되면난성숙유발 난세포질내의 MPF 는종특이성을갖지않음 분자량이수만에이르는불안정한인단백질 M 기촉진인자 (M phase-promoting factor) 효모에서사람에이르기까지 M기세포에존재하며 M기에활성이상승하였다가간기에소실현재는유사분열, 감수분열의세포주기에서 M기개시를촉진사이클린 (cyclin)-사이클린의존성키나아제(cyclin dependent kinase, cdc2kinase=cdk) 복합체 S 기촉진인자 (M phase-promoting factor) 세포주기의 S 기개시를촉진하는실험에의한가상적인자 G1 기세포와 S 기세포를융합하면 G1 기유래의핵은 DNA 합성을개시하여 S 기로들어감 21
사이클린 -cdc2kinase 복합체에의한세포주기조절 [1단계] kinase 효소는세포질에항상존재하며, 간기단계에서축적된사이클린과결합하여전-성숙촉진인자 (pre-promoting factor ) 를형성 [2단계] 전-성숙촉진인자가아직알려지지않은효소에의해활성화되어성숙촉진인자형성 [3단계] 성숙촉진인자는세포분열유도 [4단계] 성숙촉진인자는사이클린분해효소합성을자극 [5단계] 사이클린분해로성숙촉진인자불활성화 ----- 세포분열은중단되고다음세포주기는사이클린이간기에일정농도이상축적되면시작됨 22
유사분열은어떻게조직세포의구성을유지하는가? 간세포 (stem cell 줄기세포 ) 많은조직세포들이조금씩갖고있는미분화세포 여러종류의신체조직으로분화할수있는능력을가진세포 간세포 (stem cell) 는분열하면 2개의딸세포중하나는특정기능을수행하기위한분화된세포가되고다른하나는다시남아또다른분열을준비 간세포 (stem cell) 가기저세포로있는경우좀더분화된세포를상층부로밀어올리는역할을한다. ( 피부, 작은창자 ) 정적세포집단 (cellpopylation) 고도로분화된세포는더이상분열하지않고정적인세포집단을유지 신경세포, 근육세포는제1간기 (G1기) 에남아있는것이보통임 이들조직세포의성장은세포분열에의한것이아니라확장 ( 신장 ) 에의해성장 단일신경세포의길이가 1m 정도되는것도있지만분열은할수없음 23
세포치료제배아줄기세포 1 배아줄기세포는난자와정자가결합해만들어진수정란이세포분열을통해여러개의 세포로이뤄진배반포가되고심장, 뼈, 신경등의부위로발달하기위해그안에서생성 되는줄기세포 장점 : 모든신체장기로분화할수있다는때문에난치병치료분야에서특히각광받음 단점 : 배아줄기세포를얻기위해서는수정한지 14 일도안되는배아를파괴해야하기때 문에윤리적인문제에서자유롭지못함 2 체세포복제인간배아줄기세포 슈크라트미탈리포프미국오리건대교수팀이태아에서얻은피부세포를이용해인간배아줄기세포를복제하는데성공 (2013. 셀 에발표 ) 국내차병원줄기세포연구소팀이태아가아닌성인의피부세포를이용해줄기세포를만드는데성공 (2014). 세포치료제를만들때환자자신의피부세포를그대로사용할수있다는사실이입증 24