세포분열, 세포자멸사

 

[세포분열 (cell division)]

• 사람의 몸을 구성하는 수많은 세포는 수정란이라는 하나의 세포에서 유래
• 하나의 세포가 두 개의 세포로 되는 현상을 세포분열이라 함
• 유사분열과 무사분열이라는 두 가지 방식 존재

 

유사분열 (mitosis)

• 염색질이 염색체로 되고 이들이 둘로 나뉘어 딸핵을 형성
• 유전물질이 균등하게 나누어지고 이어서 세포질이 둘로 나뉘어 두 개의 딸세포 형성
• 체세포분열(mitosis)와 감수분열(meiosis) 두 종류 존재
  • 체세포분열
    • 딸세포도 어미세포처럼 두배수체(2n)의 염색체 가짐
    • 대를 이어서 염색체수와 유전정보 유지
  • 감수분열
    • 생식세포의 분열방식
    • 딸세포인 생식세포는 홑배수테(1n)의 염색체 가짐
• 세포주기(cell cycle)는 두 가지 과정으로 나뉨
  • 유사분열(Mitosis): 비교적 짧은 시간 동안 핵과 세포질이 분열하여 딸세포를 형성하는 시기
  • 유사분열사이기(Interphase): 기간이 길고, 세포 크기와 내용물이 증가하며 유전물질이 복제되는 시기. 세포주기는 유사분열의 종말기로 끝남
• 유사분열사이기(Interphase)
  • 유사분열사이기는 현미경으로 관찰되지 않지만, DNA 합성이 일어나는 시기. 세 가지 단계로 구분
  • 합성전기(G1 phase): DNA 합성 전 딸세포의 성장 및 활동 기간. 필수적인 물질이 합성됨
  • 합성기(S phase): 약 7~8시간 동안 DNA 복제가 일어나 DNA 양이 두 배로 증가
  • 합성후기(G2 phase): 약 1시간 동안 유사분열 준비를 위해 RNA와 단백질이 합성되고 에너지가 저장
• 또한, 정지기(G0 phase)는 세포주기에서 벗어난 휴식기임. 예비줄기세포는 필요할 때 세포주기로 돌아감
• 유사분열(Mitosis)
  • 유사분열은 핵분열과 이어진 세포질분열로 구성. 네 단계로 나뉨
  • 전기(Prophase): 염색질이 농축되어 염색체를 형성. 중심소체가 복제되고 양극으로 이동. 핵막이 사라짐
  • 중기(Metaphase): 염색체가 적도판에 배열. 염색체가 나누어져 딸염색체가 양극으로 이동
  • 후기(Anaphase): 적도판에 배열된 염색분체가 나누어져 양극으로 이동
  • 말기(Telophase): 염색체가 분산되면서 핵이 재구성되고, 세포질이 둘로 나뉘어 딸세포가 형성
• 세포주기 동안 특정 단백질 키나아제와 사이클린 단백질이 중요한 조절 역할을 하며, 각 단계는 여러 요인에 의해 영향을 받음

세포주기

 

감수분열(meiosis)

• 생식세포가 성숙하는 과정 중 일어나는 특별한 세포분열
• 두 번의 분열이 연달아 일어나 염색체 수가 절반으로 감소하는 방식
• 남성에서는 정자 형성, 여성에서는 난자 형성 과정에서 발생
• 결과적으로 정자와 난자의 염색체 수는 23개로, 단일배수체(haploid)가 됨

<감수분열 과정>

• 감수분열은 일차감수분열과 이차감수분열로 나뉨
• 각 분열은 네 단계로 구성: 전기(Prophase), 중기(Metaphase), 후기(Anaphase), 말기(Telophase)
  • 일차감수분열 (Meiosis I)
    • 일차전기 (Prophase I):
      • 가는섬유기(Leptotene): 염색질이 가는 실 모양의 염색체 형성
      • 접합기(Zygotene): 상동염색체가 접합하여 두배수체 염색체 형성, 유전자 교환의 기틀 마련
      • 굵은섬유기(Pachytene): 염색체가 굵어지며, 네동이(tetrad) 형성
      • 겹섬유기(Diplotene): 상동염색체가 부분적으로 분리되며 교차(chiasma) 발생
      • 이동기(Diakinesis): 염색체가 완전히 분리되고, 핵막이 사라짐
    • 일차중기 (Metaphase I): 두배수체 염색체가 적도판에 배열됨
    • 일차후기 (Anaphase I): 각 염색체가 반대측 세포극으로 이동
    • 일차말기 (Telophase I): 염색체 주위에 핵이 형성되고, 세포질이 나뉘어 딸세포가 됨
  • 이차감수분열 (Meiosis II)
    • 이차전기 (Prophase II): 일차감수분열 직후 시작, DNA 복제는 없음
    • 이차중기 (Metaphase II): 염색체가 적도판에 배열됨
    • 이차후기 (Anaphase II): 각 염색분체가 분리되어 양극으로 이동
    • 이차말기 (Telophase II): 염색체 주위에 핵이 형성되고 세포질이 나뉘어 홑배수체 세포가 됨
• 결과
  • 일차감수분열: 염색체 수가 절반으로 줄고, DNA 양은 두배수량.
  • 이차감수분열: 염색체 수와 DNA 양이 모두 홑배수량이 됨.
• 이 과정을 통해 생성된 생식세포는 23개의 염색체를 가진 단일배수체로, 수정 시 염색체 수가 정상으로 회복

유사분열 & 감수분열 비교 모형도 - 원래 유사분열은 체세포분열과 생식세포분열로 구분할 수 있는데 흔히 체세포분열은 유사분열로 생식세포분열은 감수분열로 부름

 

 

무사분열(amitosis)

• 염색체나 방추 등이 형성되지 않고 단순히 핵과 세포질이 길어져 아령처럼 되었다가 가느다란 가운데 부위가 끊어져 둘로 나뉘는 분열방식
• 고등동물과 사람 몸에서는 비교적 드뭄 (간, 콩팥, 콩판위샘, 송과샘 등 관찰)

 

 

 

[세포자멸사 (Apoptosis)]

• 세포가 프로그램된 방식으로 스스로 파괴되어 제거되는 과정
• 조직항상성과 형태발생을 유지하는 데 중요한 역할
• 발생과정에서 과도하게 생성된 세포나 일시적으로 만들어지는 장기 및 조직은 세포자멸사를 통해 제거
• 손상되거나 바이러스에 감염된 세포도 이 과정을 통해 제거

 

• 형태적 특징
  • 세포위축: 탈수로 인한 세포 수축
  • 세포질 농축: 세포질이 농축됨
  • 세포막 투과성 증가
  • 세포 내 칼슘 농도 증가 및 pH 저하
  • DNA 조각 형성: DNA fragmentation
  • 핵농축: 염색질이 핵막 주위로 응집하고 핵이 작아짐
  • 핵용해: 핵이 용해됨
  • 세포자멸사 소체 형성: 세포가 작은 조각들로 쪼개짐
• 이 소체들은 염증 반응 없이 큰포식세포에 의해 탐식되어 제거

 

• 암세포와 세포자멸사
  • 암세포는 세포자멸사가 일어나지 않아 무한증식(immortalization) 함
  • 이는 비씨엘2 유전자(BCL2 gene)가 세포자멸사를 막는 효소를 촉진시키기 때문임
  • 정상적으로는 DNA 손상이 발생하면 p53 종양억제유전자(p53 tumor suppressor gene)가 활성화되어 세포자멸사가 일어나지만, 많은 암에서는 이 유전자가 없거나 돌연변이가 발생해 세포자멸사가 일어나지 않음
  • 그 결과, 암세포는 방사선 치료나 화학 요법에도 죽지 않고 견딤

세포자멸사 과정

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[참고문헌]

- 사람조직학(9판), 조직학교재편찬위원회의 책 (엄창섭 외)