간세포
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1. 개요
간세포는 입방체 형태를 띠는 간의 주요 세포로, 다양한 기능을 수행하며 생명 제약 연구에 활용된다. 간세포는 미토콘드리아, 조면소포체, 리보솜을 포함하며, 세포질에는 리포푸신 과립, 글리코겐, 지질이 존재한다. 평균 수명은 5개월이며 재생이 가능하다. 간세포는 단백질 합성, 탄수화물 및 지질 대사, 해독 작용 등 다양한 기능을 수행하며, 알부민, 피브리노겐, 콜레스테롤, 담즙산 등을 생성한다. 또한, 약물, 살충제, 스테로이드 등의 물질을 대사하고 해독하는 역할도 한다. 노화 과정에서 DNA 손상이 증가하며, 세포 생물학 및 제약 연구에서 약물 대사 연구 등에 활용된다. 간세포는 콜라게나아제 소화를 통해 분리되며, 배양 및 동결 보존하여 사용한다.
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| 간세포 | |
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| 기본 정보 | |
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| 위치 | 간 |
2. 구조
간세포는 간의 실질을 구성하는 주요 세포로, 간 기능의 대부분을 담당한다. 일반적인 간세포는 입방체 형태를 가지며[15], 단면 길이는 약 20~30 µm이다.[15] 간세포의 평균 수명은 약 5개월이며 재생 능력을 갖추고 있다.[15]
간세포들은 판(plate) 형태로 배열되어 있으며, 이 판들은 레티쿨린(콜라겐 타입 III) 섬유망으로 지지되는 상피동(sinusoid)이라는 미세 혈관 구조에 의해 분리된다. 상피동 내피 세포와 간세포 사이에는 림프액이 흐르는 디세강(Disse腔)이라는 공간이 존재한다. 상피동 주변에는 탐식작용을 하는 쿠퍼 세포나 비타민 A를 저장하는 이토 세포 등 다른 종류의 세포들도 분포한다. 이러한 간세포와 주변 구조들이 모여 간소엽이라는 기능적, 구조적 단위를 형성한다.
2. 1. 일반적 특징
일반적인 간세포는 입방체 모양이며[15], 단면 길이는 약 20~30 µm이다. 이는 사람의 머리카락 지름(17~180 µm)과 비교될 수 있다.[15][1] 간세포의 일반적인 부피는 3.4 x 10−9 cm3이다.[16][2]간세포는 다른 대부분의 세포 유형과 달리 매끄러운 소포체가 풍부하게 발달되어 있다.[3] 세포질은 다량의 미토콘드리아를 반영하여 호산성을 띠며, 조면소포체와 리보솜으로 구성된 호염기성 반점도 관찰된다. 노화가 진행됨에 따라 갈색의 리포푸신 과립이 나타나기도 한다. 또한, 시료를 준비하는 과정에서 세포질 내의 글리코겐과 지질이 제거되어 염색되지 않는 불규칙한 부분이 보이기도 한다.
간세포의 세포핵은 구형이며, 내부에 분산된 크로마틴과 뚜렷한 핵소체를 가지고 있다. 간세포의 약 50% 이상에서 사배수성 또는 다배수성이 나타나기 때문에 핵의 크기가 다양하게 관찰되며, 두 개의 핵을 가진 이핵 세포도 흔히 발견된다.
간세포의 평균 수명은 약 5개월이며, 뛰어난 재생 능력을 가지고 있다.
간세포는 편평하게 배열되어 판 구조를 이루며, 이 판들은 레티쿨린(콜라겐 타입 III) 섬유로 이루어진 지지 구조를 갖춘 상피동(sinusoid)이라는 혈관 구조에 의해 분리된다. 간세포판은 포유류에서는 한 층의 세포로 이루어져 있지만, 닭에서는 두 층으로 이루어져 있다. 상피동은 기저막이 없고 구멍이 있는(유창성) 불연속적인 내피 세포로 덮여 있다. 이 내피 세포와 간세포 사이에는 디세강(Disse腔)이라는 공간이 있어, 림프액이 림프계로 흘러 들어간다. 내피 세포 사이에는 세망내피계의 일부로서 탐식작용을 하는 쿠퍼 세포가 흩어져 존재한다. 또한, 비타민 A를 저장하고 세포외 기질과 콜라겐을 생성하는 이토 세포도 내피 세포 사이에 위치하지만, 일반적인 광학 현미경으로는 관찰하기 어렵다. 간세포들은 모여 간소엽이라는 구조를 형성한다.
간세포는 생체 이물질(xenobiotics)의 생체 내 변화 및 대사 작용에 미치는 영향을 평가하는 데 중요한 생리학적 지표로 활용된다. 그러나 간세포는 배양액 속에서 잘 증식하지 않으며, 냉동 및 해동을 포함한 저온 보존 과정에서 손상되기 쉬운 민감한 특성을 지닌다.
2. 2. 미세 해부학적 구조
전형적인 간세포는 20~30 µm의 정육면체 형태를 띤다. (이에 비해 사람의 머리카락은 17~180 µm의 직경을 가진다.)[1] 간세포의 일반적인 부피는 3.4 x 10−9 cm3이다.[2] 다른 대부분의 세포 유형과 달리 간세포에는 매끄러운 소포체가 풍부하다.[3]간세포의 세포질은 다수의 미토콘드리아를 포함하여 호산성을 나타내며, 다량의 거친 소포체와 자유 리보솜으로 인해 호염기성 반점이 보인다. 나이가 들면서 갈색 지방색소(리포푸신) 과립이 관찰되기도 한다. 또한, 조직학적 준비 과정에서 제거된 세포질 글리코겐 및 지질 저장소로 인해 세포질에 불규칙하게 염색되지 않는 부분이 나타날 수 있다. 간세포의 평균 수명은 5개월이며, 재생 능력을 가지고 있다.
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간세포의 세포핵은 둥글며 분산된 염색질과 뚜렷한 핵소체를 가지고 있다. 핵의 크기는 다양한 편인데, 이는 사배수체 및 기타 정도의 다배수체를 반영한다. 성인 인간 간세포의 30-40%에서 이러한 핵 크기의 변동이 나타나는 것은 정상적인 특징이다.[4] 이핵 세포 또한 흔하게 관찰된다.
간세포는 판 모양으로 배열되어 있으며, 세망 섬유 (콜라겐 III형) 네트워크로 지지되는 혈관 통로(동맥)에 의해 분리된다. 포유류의 간세포 판은 세포 1개 두께이고, 닭에서는 세포 2개 두께이다. 동맥은 불연속적이고 창(fenestration)이 있는 내피 세포 내막을 가진다. 이 내피 세포는 기저막이 없으며, 디세 공간에 의해 간세포와 분리되어 있다. 디세 공간은 림프를 문맥 부위의 림프관으로 배출하는 역할을 한다.
쿠퍼 세포는 내피 세포 사이에 흩어져 있으며, 세망내피계의 일부로서 소모된 적혈구를 탐식한다. 별세포(이토 세포)는 비타민 A를 저장하고 세포외 기질 및 콜라겐을 생성하며, 역시 내피 세포 사이에 분포하지만 광학 현미경으로는 관찰하기 어렵다. 간세포는 간소엽이라고 불리는 집합체를 형성하여 분엽 구조를 나타낸다.
3. 기능
간세포는 다양한 생화학적 기능을 수행하여 신체 항상성 유지에 중요한 역할을 한다. 주요 기능으로는 단백질 생합성 및 저장, 탄수화물 변환, 그리고 콜레스테롤, 담즙산, 인지질과 같은 지질 분자의 합성이 있다.
3. 1. 단백질 대사
인체 내 세포인 간세포는 다양한 단백질 생합성에 중요한 역할을 한다. 주요하게 합성하는 단백질에는 혈청 알부민, 피브리노젠, 그리고 프로트롬빈 그룹의 응고 인자(3, 4 인자 제외) 등이 있다. 또한 지단백질, 세룰로플라스민, 트랜스페린, 보체계, 당단백질 합성의 주요 장소이기도 하다. 간세포는 이러한 분비 단백질 외에도 자체적인 구조 단백질과 세포 내 효소를 생성한다.단백질 합성은 주로 조면 소포체(RER)에서 이루어진다. 합성된 단백질의 분비 과정에는 조면 소포체뿐만 아니라 활면 소포체(SER)도 관여한다. 소포체(ER)는 간세포 내에서 합성되거나 변형된 지질 및 탄수화물 부분과 단백질을 결합시키는 결합 단백질 형성에도 중요한 역할을 한다.
한편, 간세포에서 생성되어 호르몬처럼 작용하는 단백질들은 간세포 카인으로 알려져 있다.
3. 2. 탄수화물 대사
간은 탄수화물로부터 지방산을 만들고, 이 지방산과 글리세롤을 합쳐 트리아실글리세롤(트리글리세리드)을 합성한다.[5] 간세포는 또한 아포지단백질을 합성하며, 이를 사용하여 지단백질(VLDL, HDL)을 조립하고 몸의 다른 부분으로 내보낸다.뿐만 아니라, 간은 당신생(글루코네오제네시스) 과정을 통해 탄수화물이 아닌 물질로부터 탄수화물(포도당 등)을 새롭게 만드는 신체의 주요 기관이다. 이 과정에서는 알라닌, 글리세롤, 옥살아세트산 등이 전구체로 사용된다.
3. 3. 지질 대사
간은 전신 순환계로부터 많은 지질을 받아들이고, 유미 입자 (카일로마이크론) 잔여물을 대사한다. 또한 아세테이트로부터 콜레스테롤을 합성하며, 이 콜레스테롤을 이용하여 담즙산을 만든다. 간은 담즙산 합성이 일어나는 유일한 장소이다.3. 4. 해독 작용
간세포는 약물, 살충제와 같은 외부에서 들어온 물질이나 스테로이드 같은 체내 화합물을 대사하고 해독하며 비활성화하는 능력을 가진다.장에서 흡수된 다양한 물질이 포함된 정맥 혈액은 간으로 흘러 들어가는데, 간세포는 이 물질들을 효율적으로 해독하여 항상성을 유지하고 섭취된 독소로부터 신체를 보호하는 역할을 한다.
간세포의 주요 해독 기능 중 하나는 암모니아를 요소로 전환하여 몸 밖으로 배출할 수 있도록 만드는 것이다.
간세포에서 가장 풍부한 세포소기관은 활면소포체이며, 이는 해독 작용에 중요한 역할을 한다.
4. 노화
포유류 간세포가 노화됨에 따라, DNA 손상의 발생률이 증가한다. 예를 들어, 마우스 간세포에서는 나이가 들면서 DNA 손상(단일 가닥 절단, 산화 염기 및 7-메틸구아닌)이 증가하는 것으로 나타났다.[6] 또한 쥐의 간에서는 DNA 단일 가닥 및 이중 가닥 절단, 산화 염기, 메틸화 염기가 나이가 들면서 증가했으며, 토끼의 간에서는 가교 결합 염기가 나이가 들면서 증가했다.[2] 간세포는 이러한 손상에 대응하기 위해 DNA 복구 경로에 의존한다. 이 복구 경로는 유전체의 전사 구획을 특별히 보호하여, 나이가 들어도 간세포가 지속적인 기능을 유지하고 세포 자체를 보존하도록 돕는다.[7]
5. 연구에서의 활용
간세포는 세포 생물학 및 생명 제약 연구 분야에서 널리 활용된다. 간세포를 기반으로 하는 시험관 내 모델 시스템은 간의 생리적, 병리적 과정을 이해하는 데 중요한 역할을 한다. 특히 제약 산업에서는 약물 대사 메커니즘을 탐구하고 생체 내 약물 대사를 예측하기 위해 현탁액 또는 배양액 형태의 간세포를 활발히 사용하고 있다.
연구에 사용되는 간세포는 주로 동물이나 사람의 간 조직에서 분리한다.[8] 분리 과정은 일반적으로 콜라게나아제를 이용한 2단계 소화 과정을 거친다. 첫 번째 단계에서는 칼슘 킬레이트화제를 포함한 등장성 용액을 사용하여 간 조직 내 세포 사이의 밀착 연접을 느슨하게 만든다. 다음 단계에서는 콜라게나아제가 포함된 용액을 처리하여 간세포를 간의 기질 세포로부터 분리한다. 이 과정을 통해 얻어진 간세포 현탁액은 다중 웰 플레이트에 옮겨져 며칠 또는 몇 주 동안 배양될 수 있다.
안정적인 배양과 간세포 기능 유지를 위해, 배양 플레이트 표면은 세포 부착을 돕는 세포외기질(예: 콜라겐, 마트리젤)로 미리 코팅하는 것이 일반적이다. 세포는 보통 파종 후 1~3시간 내에 부착한다. 또한, 세포외기질을 추가로 덮어 '간세포 샌드위치 배양법' 형태를 만들기도 하는데, 이는 간세포를 더 오랫동안 건강하게 유지하는 데 도움을 준다.[9][10] 분리된 간세포 중 즉시 사용하지 않는 것은 동결 보존하여 보관할 수 있다.[11]
간세포는 배양 환경에서 스스로 증식하지 않는 특징이 있다. 또한, 동결 보존 과정, 특히 얼리고 녹이는 과정에서 손상되기 매우 쉽다. 기존의 동결 보호제를 사용하더라도 손상을 완전히 막기는 어렵다.[12] 하지만 최근 개발된 향상된 동결 보존 및 해동 기술 덕분에, 동결 보존된 간세포도 대부분의 생명 제약 연구 분야에서 효과적으로 활용될 수 있게 되었다.[13]
참조
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Diameter of a human hair
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[2]
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[3]
서적
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[4]
논문
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[5]
논문
The glucagon-like peptide-1 analogue exendin-4 reverses impaired intracellular Ca2+ signalling in steatotic hepatocytes
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Oxidative and other DNA damages as the basis of aging: a review.
1992-09
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논문
Different responses to DNA damage determine ageing differences between organs.
2022-04
[8]
서적
Hepatocytes
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논문
Hepatocyte function and extracellular matrix geometry: long-term culture in a sandwich configuration
1989-02
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Sandwich-cultured hepatocytes: utility for in vitro exploration of hepatobiliary drug disposition and drug-induced hepatotoxicity
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[11]
논문
Screening for human ADME/Tox drug properties in Drug Discovery
[12]
논문
Wheat extracts as an efficient cryoprotective agent for primary cultures of rat hepatocytes
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Determination of OATP-, NTCP- and OCT-mediated substrate uptake activities in individual and pooled batches of cryopreserved human hepatocytes
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[14]
간행물
Wheat Extracts as an Efficient Cryoprotective Agent for Primary Cultures of Rat Hepatocytes
www.interscience.wil[...]
Wiley Interscience
2006-08-21
[15]
웹사이트
Diameter of a Human Hair
1999
[16]
서적
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W. H. Freeman and Company
2000
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