세포주기(Cell cycle) feat. 암세포
안녕하세요. 텔로머라제의 모든 것을 알려드리는 텔로머라제 홍보대사입니다.
텔로미어란?
염색체 끝 부분에 붙어있는 반복 염기서열로,
염색체의 손상을 막아주는 역할을 함
텔로머라제란?
텔로미어가 손상되면 복구, 생성해주는 효소
노화를 방지하는 효소
모든 생명체는 하나 또는 그 이상의 세포들로 이루어져 있습니다. 우리와 같은 다세포 생물들은 서로 상호작용하는 세포들을 가지고 있는데요.
비슷한 역할을 하는 세포들이 모여 조직 -> 기관 -> 기관계 를 형성하는 것이지요.
이런 세포들은 생명체를 구성하는 각 단계에서 기능을 하도록 특화되어 있습니다. 그리고 이 세포들의 기능은 조절되어야 합니다. 이러한 세포들은 '세포주기' 라 불리는 것으로 조절됩니다.
이번 포스트에서는 이 세포주기의 단계와 세포주기를 조절하지 못해 발생하는 암세포에 대해서 알아보겠습니다.
● 세포분열과 암세포
우리와 같은 다세포들은 세포들이 점점 많아지면서 몸이 커지게 됩니다. 세포 각각의 크기가 커져서가 아닌, 개수가 많아지면서 성장하는 것이지요.
세포 개수가 많아지는 것은 세포가 분열하기 때문입니다. 하지만 세포분열이 끊임없이 일어나는 것은 바람직하지 않습니다. 이는 암세포와 관련되기 때문입니다.
암은 너무 자주 분열하는 세포들에 의해 나타납니다. 그 세포들은 조절되지 않습니다. 통제를 받지 않는거죠.
암세포는 또 다른 문제들을 가지고 있습니다. 다른 건강한 세포들과 상호작용 할 수도 없고, 정상적인 세포의 기능도 할 수 없습니다. 그리고 정상세포처럼 자기들끼리 안정적으로 뭉치지 않고, 떨어져 나와 다른 곳으로 이동할 수도 있습니다.
어떤 암세포들은 스스로에 대한 성장호르몬을 분비하기도 합니다. 그 호르몬은 암세포들로 향하는 혈관을 더욱 발달시켜 정상세포들이 얻어야 할 영양분을 암세포에 공급하게 합니다.
그렇다면 암세포는 왜 만들어지는 것일까요? 물론 유전적 요인도 있지만, 독성물질이나 방사능에 대한 노출, 그리고 과도한 자외선 노출 등이 risk factor 입니다.
앞에 언급했듯이, 이런 암세포는 세포주기조절을 받지 않고 무한분열을 하는데요. 그러면 세포주기는 도대체 무엇인지, 정상세포는 이 주기를 어떻게 조절하고 암세포는 어떤 식으로 무시하는지 자세히 알아보겠습니다.
이전 포스트에서 세포분열에 대해 설명드렸으니 한 번 보시는 것이 이해에 도움이 될 것입니다. 맨 밑에 링크 걸어두겠습니다.
● 세포주기 (Cell Cycle)
세포주기는 위 사진과 같이 간기(Interphase)와 분열기(Mitosis)로 이뤄져 있습니다. 간기에서는 세포 성장과 DNA 복제 등이 일어나고, 분열기에서 세포들이 나눠지게 되는데요. 세포는 대부분 간기에 머무르며, 짧은 시간동안만 분열합니다.
세포 종류에 따라 분열하는 횟수가 다릅니다. 모낭세포는 세포분열을 자주해 머리카락을 자라게 해줍니다. 이 때문에 세포분열을 많이 하는 세포들을 없애는 항암제의 부작용 중 하나가 머리가 빠지는 것입니다. 이와 반대로 줄기세포는 분열을 거의 하지 않습니다.
세포 주기를 더 자세히 나누면 간기를 G1, S, G2로 나눌 수 있습니다. G1기에서는 세포가 생장하고, S기에서는 DNA를 복제하며, G2기에서는 생장을 더 하고 분열을 준비합니다. 세포주기는 이 각 단계마다 CHECK POINT를 설정해 조절됩니다.
● 세포주기 CHECK POINT
우선 G1 단계에서의 체크 포인트에서는 이 세포가 충분히 생장했는지, DNA에는 손상이 없는지를 확인합니다. DNA에 손상이 있으면, S기로 넘어가 DNA 복제가 일어나면 안되기 때문이죠.
G2 단계에서의 체크 포인트에서는 S기에서 DNA복제가 제대로 이뤄졌는지를 확인합니다. 또한 충분히 생장했는지, 다음 단계를 진행시키기 위한 물질을 갖추었는지도 확인합니다.
M단계에서의 체크 포인트는 M기 중의 '중기(Metaphase)' 에서 염색체들을 체크합니다. 염색체들이 중앙에 잘 배열되었는지, 모든 동원체(centromere)에 방추사(sprindle)가 잘 부착되었는지 확인합니다. 이것이 잘 진행되지 않았다면 염색체가 양 쪽 딸세포로 제대로 나눠지지 않을 것이기 때문입니다.
그렇다면 이젠 두 가지 의문이 생기실 겁니다. 첫째, 체크포인트에서 요구하는 내용을 갖추지 못했을 때는 어떤 일이 일어나는가. 둘째, 이런 cycle을 조절하는 것은 무엇인가?
첫번째 의문에 답을 해드리겠습니다. 세포가 체크포인트에서 요구하는 내용을 갖추지 못했을 때는 세포 자살(apoptosis) 이 일어납니다. 세포가 스스로 사멸하는 것이지요. 이것은 고쳐지지 않는 손상된 세포가 분열하지 못하도록 보장합니다.
그렇다면 두 번째 의문. 뭐가 이런 것들을 조절하는 것일까요? 이는 '단백질' 입니다. 여기에는 세포주기조절을 진행시키는 양성 조절자(positive regulator)와 세포주기 진행을 막는 음성 조절자(negative regulator)가 있습니다. 이 단백질들은 세포의 안팎을 세밀하게 조절합니다.
cyclin과 CDK(cyclin dependent kinase)는 대표적인 양성 조절자 입니다. CDK는 구체적으로 말하자면 효소 단백질로, 키네이스(kinase)의 종류 중 하나입니다. 여기서는 이해하기 쉽게 cyclin이 부착되는 곳으로 생각하시면 편합니다. CDK는 결합한 cyclin에 따라 다양한 형태를 가질 수 있습니다.
다양한 종류의 cyclin들은 세포주기가 진행되는 동안 농도가 높아졌다 낮아집니다. 그리고 이 변화는 세포가 다음 단계로 진행할지를 결정하는 요소입니다. 일반적으로 세포주기의 각 단계마다 cyclin-CDK 복합체의 농도는 다릅니다. cyclin의 농도변화와 CDK의 역할에 대한 연구는 계속해서 진행되고 있다고 합니다.
음성 조절자의 예로는 'p53' 이라는 단백질이 있습니다. 이는 세포자살(apoptosis)을 시작하는데 필요합니다. 세포자살을 유도함으로써 세포주기를 중단시키는 역할을 하는 것이죠.
● G0 단계
마지막으로 세포주기를 더 이상 진행하지 않는 세포도 있습니다. 그 상태를 일컫는 말로 G0기 라는 용어가 있습니다.
G0기는 세포가 휴면상태에 있는 것입니다. G0기에 있는 세포도 여전히 세포의 기능을 합니다. 다만 분열을 준비하지 않는다는 것이죠. 어떤 세포는 일시적으로 G0기로 갈 수도 있습니다. 예를 들면 분열하기에 자원이 충분하지 않을 때 인데요.
뇌와 척수를 구성하는 많은 신경세포들은 영구적으로 그 단계에 머무릅니다. 이것들은 영구적으로 G0기에 있기 때문에, M기로 가지 않아 분열하지 않습니다.
이 세포들은 분열하지 않기 때문에, 한 번 손상되면 회복이 불가능합니다. 이것이 뇌나 척수의 손상을 치료하기 어려운 이유입니다.
● 마무리
세포주기조절은 세포가 분열할지 안할지를 결정하는 매우 중요한 요소입니다. 암세포는 세포주기조절을 하지 못해 통제 불능의 세포분열을 하는데요.
이는 이 블로그에서 중점적으로 다루는 텔로미어(Telomere)와 텔로머라제(Telomerase)에 관계 있다고 할 수 있습니다.
대부분의 정상세포에서는 텔로머라제가 분비되지 않아 텔로미어 길이가 짧아지고, 이 때문에 노화를 겪습니다. 하지만 암세포는 텔로머라제 분비가 왕성하고, 이 때문에 텔로미어 길이가 줄어들지 않아 통제 불능의 세포분열을 하게 되는 것입니다.
이번 포스트에서 설명한 세포주기를 잘 조절하면, 텔로머라제 활성도가 높은 암세포도 정복할 수 있지 않을까요?
글 마지막 부분에 전체 영상 보실 수 있게 링크 걸어두었으니 더 관심있으시면 한번 보시는 것을 추천드립니다.
※동영상 출처
채널명: Amoeba Sisters
동영상제목: The cell cycle(and cancer) [Updated]
