세포주기의 조절

세포주기의 조절

 

진핵세포에서는 그 DNA 모두를 우선적으로 복제하지 않는 한 유사분열의 복잡한 단계를 진행하지 않는다. 더욱이 대부분의 세포는 (1) “정상” 크기의 두 배로 생장한다거나, (2) 마지막 유사분열 이후로 DNA 복제가 이루어지지 않았다는 특정 기준에 부합되기까지는 자신의 DNA를 복제하지 않는다. 이러한 결정이 어떻게 이루어지는 것일까?

최근에 세포분열이 어떻게 조절되는지를 밝히기 위해 몇 가지 실험적 접근이 이루어졌다. 많은 것들을 앞으로 밝혀내야 하겠지만, 두 가지 특징은 명확해졌다. 첫째, 세포주기에서 한 단계로부터 다음 단계로의 진행은 세포질에 있는 특정 단백질 수준들과 그활성에 의해 조절된다는 것이다. 둘째, 이러한 조절은 효모와 같은 단순한 단세포 진핵생물로부터 무척추동물과 척추동물에 이르기까지 모든 진핵생물에서 유사한 방법으로 이루어진다는 것이다.

 

실험적으로 두 개의 진핵세포를 한 세포로 융합할 수 있다. S기의 세포가 G1기의 세포와 융합되면 G1기의 핵은 곧바로 S기로 들어간다. 이것은 세포질의 요인에 의해 S기가 시작되도록 자극받음을 나타낸다. 유사분열의 전기나 중기에 있는 세포가 G2기의 세포와 융합하면, G2기의 핵은 곧바로 유사분열(“M”)을 시작한다. M기의 세포가 G1기의 세포와 융합함으로써 G1기의 핵이 유사분열을 하도록 만든 것이다(이때 G1기 세포는 S기를 우선적으로 거치지 않았기 때문에 나쁜 결과가 나타난다).

이 실험과 다른 실험들로부터 세포주기에는 두 가지의 중요한 조절시점이 있음을 알수 있다. 하나는 G1시기에 있고, 다른 하나는 M기에 있다. G1조절시점(때때로 제한부위라고 불린다)에서는 “진행 / 비진행”의 결정이 이루어진다. “진행” 결정이 이루어지면 세포는 G1기를 끝내고 S기로 들어가 DNA를 복제한다. 이 과정이 완결되어야만 G2 기와 M기로 진행이 이루어진다.

두 조절시점에서 방아쇠 역할을 하는 것은시클린(cyclin)이라는 단백질이다. 시클린의 한 유형인 G1 시클린은 세포주기로 들어가 S기로 진행되게 한다. 두 번째 유형인 유사분열시클린(mitotic cyclin)은 세포가 G2기를 지나 유사분열의 중기로 진행되게 한다. 두 유형의 시클린의 작용은(세포에서 발견되는 34kilodalton 크기의) 또 다른 단백질에 의존한다. 효모의 한 종에서 이 단백질은 cdc2(cdc = cell division cycle)로 명명되는 유전자에서 생성되며, p342로 표시한다. 그러나 모든 진핵생물은 이러한 목적을 위해 하나나 두 개의 유사한 단백질을 이용하는 것 같다. 이 단백질에 대한 사람 유전자와 효모 유전자는 매우 비슷하기 때문에, cdc2 유전자의 돌연변이로 세포주기를 끝낼 수 없는 효모의 경우에 그에 상응하는 사람세포의 유전자를 삽입하면 세포주기를 완성시킬 수 있다.

 

p342 가 유사분열시클린과 연합하여 다음의 일들을 시작한다. (1) 방추사의 조립, (2) 핵막의 분해, (3) 염색체의 응축 등이다. 이런 일들은 모두 세포가 중기에 이르게 한다. 이때 p342 유사분열시클린 복합체는 유사분열시클린분자를 분해하는 효소를 활성화시킨다. 따라서 세포내의 유사분열시클린의 농도는 급격히 떨어지고, 이에 따라 후기가 시작되어 유사분열이 끝난다. p342 복합체와 유사분열시클린은 M기 촉진요인(M-phase promoting factor) 또는 MPF라고 하기로 한다. S기와 M기는 세포주기에서 중요한 조절시점이 된다. G1 시클린이 충분한 농도로 존재하면, 세포가 동원체와 DNA를 S기에 모두 복제하라는 의미가 된다. DNA 복제가 이루어지는 G1 시클린은 파괴되고 유사분열시 클린의 농도가 증가하기 시작한다. 이에 따라 세포는 유사분열의 초기단계를 준비한다. 유사분열시클린의 감소에 따라 유사분열은 재빨리 끝나며, 세포주기를 다시 시작할 준비를 한다. 그렇지 않으면 세포는 세포주기를 벗어나서 GO세포가 되어 체내에서 그 역할을 바쁘게 수행한다. 암세포는 여러 가지 면에서 정상세포와 다르다. 그 중에서 가장 근본적인 차이는 암세포의 세포분열이 조절되지 않는다는데 있다. 다시 말해서 암세포는 언제 유사분열을 멈추고 세포주기를 벗어나야 하는지를 모른다. 세포주기 조절기작에 관해 세부적으로 밝혀지고 있기 때문에, 과학자가 이 지식을 이용하여 암을 퇴치하는 가능한 방법을 고안해내리라 확신한다.