[세포생물학] 세포 분열 : 세포 주기 검문 지점(Checkpoint) - 실험과 조절 요소

세포 주기 검문 지점 (Checkpoint)

전사인자에 Cdk(사이클린 의존성 인산화효소)가 결합하면 거기에 사이클린이 결합하여 Cdk를 활성시켜 전사인자에 인산기를 전달하게끔 합니다. 그러면 전사인자가 핵으로 들어가 세포분열을 개시(G1기)할 수 있는 효소를 만듭니다.

** 사이클린은 양적 조절, Cdk는 활성/비활성 조절

 

G1 : GF(성장인자)라는 신호가 있어야 진행이 될 수 있습니다. (Cdk4에 CyclinD 작용)

G1-S : (Cdk2에 CyclinE 작용)

S : 검문지점이 4개가 있지만 중요하지는 않습니다. (Cdk2에 CycliA 작용)

G2-M : DNA 복제 여부를 확인합니다. (Cdk1에 CyclinB = MPF 작용)

M : 방추사가 염색체에 제대로 결합하지 않으면 SAC(Spindle Assembly Checkpoint)가 중기->후기 과정을 억제합니다.

 

 

검문 지점 확인 실험

첫 번째로, MPF 발견 실험이 있습니다.

M기 수정란에서 얻은 추출액을 난자에 주입하면 바로 M기로 진입하지만, 다른 시기에서는 그렇지 않습니다.

즉, M기 세포질이 세포분열을 유도하는 인자(MPF)를 가지고 있음을 알 수 있습니다.

MPF는 프로게스테론에 의해 활성이 높아지고, 분열기마다 점점 높아지는 양상을 보입니다.

 

 

두 번째로, 세포융합 실험이 있습니다.

G1기 세포와 S기 세포를 융합시키면 G1기의 세포가 즉시 S기로 진행됩니다.

G2기 세포와 S기 세포를 융합시키면 G2기 세포는 S기로 진행되지 않습니다.

즉, 세포주기가 G1기 -> S기 -> G2기 순서로 진행된다는 사실을 알 수 있습니다.

(+ S기가 G2기 세포가 M기로 진행되는 것을 막음)

 

G1기 세포와 G2기 세포를 융합시키면 G1기 세포가 정상적으로 S기로 진행됩니다.

이 때 G2기 세포에서는 검문 지점을 넘기기 위한 물질이 분해됩니다.

 

G1기 세포와 M기 세포를 융합시키면 G1기 세포가 즉시 분열기로 진행됩니다.

즉, G1기 세포에서 MPF만 있다면 분열기가 진행될 수 있다는 사실을 알 수 있습니다.

 

 

세 번째로, 온도민감성 돌연변이 실험이 있습니다.

허용 온도에서는 유전자가 정상 상태이고, 제한 온도에서는 유전자가 비정상 상태가 됩니다.

효모에 대해서 실험을 하면 허용 온도에서는 온도민감성 Cdc(MPF와 같은 역할) 돌연변이가 나타나지 않지만, 제한 온도에서는 온도민감성 Cdc 돌연변이가 나타나 세포주기의 어느 한 지점에서 일제히 멈추는 현상이 나타납니다.

 

효모를 동조화시킨 후 시간 간격으로 Cdc2 인산화효소의 활성을 조사하면,

효소 활성이 증가하면 핵분열이 잘 일어나고, 효소 활성이 없으면 핵분열이 일어나지 않음을 알 수 있습니다.

 

 

검문 지점 조절

먼저 GF(성장인자)에 의한 전반부 조절에 대해 정리해보겠습니다.

GF가 원형질막에 있었던 TK(티로신 인산화효소 수용체, Tyrosine Kinase)에 결합하면 내부에서 인산기를 Ras에 전달하고 Ras, Raf, Mek, MAP Kinase순으로 인산기가 전달됩니다.

그러면 MAP Kinase가 핵으로 들어가 myc을 활성화시키고, myc은 특정 부위에 결합하여 전사된 mRNA가 CyclinD, E를 합성합니다. (CyclinD에는 Cdk4가, CyclinE에는 Cdk2가 결합합니다.)

이 활성화된 Cdk가 종양억제 단백질 Rb에 인산기를 줘서 비활성화시키면, 활성화되는 E2F가 핵으로 들어가 특정 부위에 결합하여 CyclinA를 합성하게 합니다. (CyclinA에는 Cdk2가 결합합니다.)

이번에 활성화된 Cdk는 전사인자에 인산기를 전달하여 이 전사인자가 핵으로 들어가 CyclinB를 합성하게 합니다. (CyclinB에는 Cdk1이 결합합니다. = MPF)

 

Wee1은 CyclinB와 Cdk1에 억제 인산을 붙여 억제시킬 수 있습니다.

CAK(Cdk Activating Kinase)는 CyclinB와 Cdk1에 활성 인산을 붙여 활성화시킬 수 있습니다.

Cdc25는 위에서 언급된 억제 인산을 제거하는 역할을 합니다.

 

 

그 다음 MPF(분열기 촉진인자)의 활성 조절에 대해 정리해보겠습니다.

핵분열 초기에는 미오신 단백질을 억제하고 있다가 후기에는 MPF가 비활성화되면서(중기에서 동원판에 방추사가 붙었을 때 활성화된 APC가 MPF를 비활성화시킴) 미오신 단백질이 활성화됩니다.

MPF는 사이클린 D, E, A들을 모두 분해해버립니다.

사이클린 B는 APC에 의해 분해되고, 그러면 MPF가 비활성화되며 미오신이 활성화됩니다.

 

 

세포주기 억제

p53 단백질은 평상시에는 Mdm 단백질에 의해 보호(억제)되고 있다가, 자외선에 의한 DNA 돌연변이와 Mdm 단백질의 파괴가 발생하면 p53 단백질이 활성화되면서 p21의 전사를 촉진시켜 G1기에서 S기로의 변화를 방지합니다.

(만약 DNA 손상이 심하면 p53은 Bax를 활성화시켜 미토콘드리아에 구멍을 뚫고, 방출되는 Cyt이 예정사하게 만듭니다.)

 

abl 단백질은 TK의 활성화를 촉진하여 종양을 촉진시킨다는 특징이 있습니다. (Ras, myc도 촉진)

이들은 세포 분열에 관여하다가 돌연변이가 발생하면 연속 신호 전달을 일으켜 종양을 촉진시킵니다.

+ Rb 유전자는 종양 억제 기능을 상실시켜 같은 기능을 합니다.