[생물] Cell Cycle

세포 주기는 일정한 신호에 의해 조절된다. 그리고 G₁기, S기, G₂기, M기로 진행하기 위해서는 각각 다른 신호가 필요하다. 세포 주기를 진행시키는 데에 있어서 가장 핵심적으로 작용하는 것이 Cdk(Cyclin-defendent kinase)와 cyclin이다.

 cyclin은 일종의 단백질로, cyclin A, cyclin B 등 다양한 종류가 존재한다. 필요할 때 다량 생산된 후, 필요가 없어지면 즉시 분해된다. 각 cyclin 단백질은 특정한 Cdk에 작용하여 Cdk를 활성시킨다. Cdk는 인산화 효소의 일종으로, cyclin과 결합하여 복합체를 형성할 때만 활성화되어 기능을 수행할 수 있다. Cdk 역시 Cdk 1, Cdk2 등 여러 종류가 있다.

 먼저, G₁기에서 S기로 넘어가는 검문 지점에 대해 알아보자. 이 검문 지점은 G₁기의 끝부분에 위치해 있다. G₁기 때는 Rb 단백질이 DNA 복제에 관여하는 전사인자 E2F에 결합해 있기 때문에 DNA의 복제가 일어나지 않는다. 즉, S기로 넘어가지 못한다. 또한, p21 단백질은 S기를 유도하는 cyclin D와 결합하여 세포 주기의 진행을 방해한다. 하지만 Cyclin D가 다량 합성되어 p21보다 우월하게 Cdk에 결합(농도가 높을수록 결합 확률도 높아진다)해 Cyclin D-Cdk 4/6 복합체가 형성되면, 복합체는 Rb를 인산화시켜 더 이상 E2F에 결합하지 못하도록 한다. 자유로워진 E2F에 의해 DNA의 복제가 가능하게 되고, 결국 세포는 S기로 진입하게 된다. 이 때 E2F는 Cyclin B-Cdk2 복합체의 형성 또한 촉진시키고, 이 복합체가 다시 Rb의 인산화를 도와 S기로의 빠른 전환을 유도한다.

 세포 내 DNA의 복제가 이루어지는 S기가 끝나는 지점에는 특별한 검문 지점이 없다. 그래서 S기가 끝나면 자동적으로 G₂기에 진입하게 되며, 세포는 세포 분열에 필요한 단백질들을 합성하게 된다. 세포 분열이 일어나는 M기에 진입하기 전에, 세포는 또 다시 하나의 검문 지점을 만나게 된다. 이 검문 지점은 G₂기와 M기의 사이에 위치해 있으며, 세포 분열에 필요한 모든 단백질과 환경이 갖추어졌을 때 Cdc2와 cyclin B의 작용에 의해 검문 지점을 넘어 세포가 분열하게 된다. 이 때 Cdc2는 탈인산화된 상태에서 활성화된다. 만약 DNA가 손상되었을 경우, 세포는 M기로 넘어가지 못하고 이 검문 지점에서 멈추게 된다. DNA의 손상은 Chk2(Checkpoint kinase 2)를 인산화시키는데, 인산화된 Chk2는 Cdc25C 단백질을 인산화하여 활성화시킨다. Cdc25C는 Cdc2를 탈인산화시키는데, 인산화된 Cdc25C는 불활성이 되어 Cdc2를 탈인산화시키지 못해 Cdc2가 세포 주기 진행을 위한 역할을 하지 못하게 된다.  DNA가 복구되고 나면 세포 주기가 다시 진행되며, M기로 넘어가 세포 분열을 일으키게 된다.

 M기의 검문 지점은 세포 분열 중에 위치한다. 체세포 분열 시에는 염색체들이 적도면에 배열하고 방추사가 배열된 염색체들의 동원체에 결합해야 하는데, 검문 지점은 이 작업이 완벽히 이루어졌는지를 검사하게 된다. 방추사가 양 극에서 뻗어 나와 동원체에 결합하면 cyclin B의 양이 감소하게 된다. 이것은 후기 진행을 촉진하는 APC(Anaphase-promoting complex)를 활성화시키고, APC는 세큐린을 파괴한다. 두 개의 염색 분체를 가진 염색체는 코헤신에 의해 두 염색분체가 묶여 있는데, 세포 분열을 위해서는 이 염색분체들이 분리되어야 한다. 세큐린은 코헤신을 분해하는 세퍼라아제를 불활성화시키는데, APC에 의해 세큐린이 파괴되면 코헤신이 분해되므로 두 염색분체가 분리되어 체세포 분열이 일어날 수 있게 된다.

Reference

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Cell_cycle_checkpoint  

2. http://blog.naver.com/pilest?Redirect=Log&logNo=110011902909  

3. http://kin.naver.com/qna/detail.nhn?d1id=11&dirId=1116&docId=51654225&qb=Y2VsbCBjeWNsZSBjaGVjayBwb2ludA==&enc=utf8&section=kin&rank=1&search_sort=0&spq=1&pid=gSohNv331y0sscudugZssv--114882&sid=TVoYcKsXWk0AAHCQBuw  

4. http://www.bioscience.org/2000/v5/d/zafonte/fulltext.htm  

5. http://www.rcsed.ac.uk/journal/vol47_4/47400002.html  

6. Biology 8th edition, Campbell, Pearson