세포주기 조절 시스템
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
세포 주기 조절 시스템은 세포 주기의 각 단계에서 다음 단계로의 진행 여부를 점검하여 세포 분열의 오류를 방지하는 시스템이다. 세포 주기는 G1기, S기, G2기, M기로 구성되며, 세포 주기 조절 시스템은 G1, G2, M기의 특정 시점에서 작용한다. 이 시스템은 Cdk 단백질, 사이클린, 사이클린-Cdk 복합체의 상호작용을 통해 작동하며, G1 확인지점, G2 확인지점, 유사분열 내 확인지점 등에서 DNA 손상, 복제 완료 여부, 방추사 부착 등을 점검한다. G1 확인지점에서는 세포 분열 시작 여부를 결정하고, G2 확인지점에서는 DNA 복제 및 손상 여부를 확인하며, 유사분열 내 확인지점에서는 염색체의 분리 과정을 점검한다.
세포주기는 세포가 세포 내 물질들을 기존의 것보다 두 배로 늘린 후, 두 개로 나뉘는 일련의 과정을 통해 기존의 세포와 같은 세포를 계속해서 생산해 내는 과정이다. 세포주기는 M기, G1기, S기, G2기의 네 단계로 구성되어 있다.
세포주기 조절 시스템은 세포 주기의 각 단계가 순서대로 정확하게 진행되도록 조절하는 복잡한 분자 메커니즘이다. 이 시스템은 세포 주기에서 다음 단계로 넘어갈 수 있는지를 점검하여, 적절하지 않은 상태에서 다음 단계로 넘어가는 것을 막는다. G1기, G2기, M기의 특정 시점에서 작동한다.
2. 세포 주기
2. 1. 간기 (Interphase)
간기는 세포주기에서 M기와 M기 사이의 시기로, G1기, S기, G2기로 구성된다. 간기는 세포가 성장하고 DNA를 복제하며 세포 분열을 준비하는 단계로, 세포 주기의 대부분을 차지한다.
2. 1. 1. G1기 (Gap 1)
G1기는 간기의 첫 번째 시기로, M기가 끝나는 시기와 S기가 시작하는 시기 사이에 존재한다. G1기는 M기에서 생성된 딸세포들이 S기에서 DNA 복제가 일어나기 위한 적절한 조건을 갖출 때까지 성숙되는 단계이다. 즉, 세포가 성장하고 세포 소기관을 생성하며, S기의 DNA 복제를 준비하는 단계이다.
2. 1. 2. S기 (Synthesis)
S기에는 세포가 DNA를 복제하여 유전 물질의 양을 두 배로 늘린다.
2. 1. 3. G2기 (Gap 2)
세포주기는 M기, G1기, S기, G2기의 네 단계로 구성된다. G2기는 S기와 M기 사이의 시기로, M기의 유사분열이 적절하게 일어날 수 있을 때까지 점검하는 시기이다. 이 단계에서는 세포 분열을 위한 단백질과 세포 소기관을 합성하고, DNA 복제가 완료되었는지 확인한다.
2. 2. 분열기 (M phase)
M기는 염색체가 분열하여 딸세포가 형성되는 과정으로, 유사분열(핵이 분리되는 과정)과 세포질분열(세포가 두 개로 나뉘는 과정)으로 구성된다.
3. 세포 주기 조절 시스템
3. 1. 세포 주기 조절 시스템의 작동 원리
세포주기 조절 시스템은 Cdk 단백질이라는 주기적으로 활성화되는 단백질 인산화효소에 의해 작동한다. Cdk는 필요한 시점에 특정한 세포 내 신호전달경로를 활성화시켜 다음 세포주기 단계로 넘어간다. Cdk는 사이클린(Cyclin)이라는 단백질에 의해 활성화되는데, 이 때문에 '사이클린 의존성 단백질'(Cyclin-dependent protein kinase), 즉 Cdk라고 불린다.
이러한 단백질들은 세포주기 전반에 걸쳐 존재하지만, 세포 주기를 조절하기 위해서는 특정 시점에만 활성화 및 불활성화되어야 한다. 사이클린-Cdk 복합체는 불필요한 인산기가 붙어 있어 활성이 억제되어 있는데, 필요 시점에 단백질 탈인산화효소가 인산기를 제거하여 Cdk 복합체를 활성화시킨다. 이후 특정 효소복합체가 사이클린에 유비퀴틴을 붙여 프로테아좀으로 운반, 분해함으로써 사이클린-Cdk 복합체의 활성을 감소시킨다.
3. 1. 1. 사이클린 의존성 키나아제 (Cdk)
세포주기 조절 시스템은 주기적으로 활성화되는 단백질 인산화효소인 Cdk에 의해 작동한다. 이 Cdk 단백질들은 특정 시점에 세포 내 신호전달경로를 활성화시켜 다음 세포주기 단계로 넘어가게 한다. Cdk 단백질은 사이클린(Cyclin)이라는 단백질에 의해 활성화되기 때문에 '사이클린 의존성 단백질'(Cyclin-dependent protein kinase), 줄여서 Cdk라고 불린다.
Cdk 단백질은 세포주기 전반에 걸쳐 존재하지만, 세포 주기를 조절하기 위해서는 특정 시점에만 활성화되어 역할을 하고, 다음 단계로 넘어간 후에는 즉시 불활성화되어야 한다. 예를 들어 G1 확인지점에서 작용하는 Cdk 단백질은 G1기 끝에 활성화되어 S기 진입에 관여한 후 즉시 불활성화되어야 하고, G2기 확인지점에 작용하는 Cdk 단백질은 M기 바로 전에 활성화되어 세포분열 시기에 진입하게 한 후 불활성화되어야 한다.
Cdk 단백질의 주기적인 활성 변화는 사이클린 단백질이 가능하게 한다. 사이클린 단백질의 농도는 세포주기에서 주기성을 띠고 변화하는데, Cdk 단백질은 사이클린 단백질과 결합하여 사이클린-Cdk 복합체를 형성한 상태로만 활성화되어 작용하기 때문에 Cdk 단백질의 활성도 주기적으로 변화할 수 있다.
사이클린의 농도는 점진적으로 변화하기 때문에 이것만으로는 특정 세포주기에서 Cdk의 활성이 갑자기 증가하고 갑자기 감소하는 것을 설명할 수 없다. 사이클린-Cdk 복합체의 구조를 살펴보면, 사이클린과 Cdk가 처음 복합체를 형성하면 불필요한 인산기가 붙어 있어 이 인산기가 복합체의 활성을 억제한다. 필요한 세포주기 시점에 적절한 단백질 탈인산화효소가 작용하여 이 사이클린-Cdk 복합체의 인산기를 제거함으로써 Cdk 복합체는 활성을 띠게 되고, 따라서 이 복합체의 활성을 갑자기 증가시키는 것이 가능해진다. 또한, 이 사이클린-Cdk 복합체가 자신의 역할을 하고 난 후에는 사이클린에 특정 효소복합체가 작용하여 유비퀴틴을 붙여줌으로써 사이클린이 복합체로부터 떨어져 나와 프로테아좀으로 운반되어 사이클린이 분해된다. 따라서 특정 시점 후에는 사이클린-Cdk 복합체의 활성이 갑자기 감소하는 것이 가능해진다.
3. 1. 2. 사이클린 (Cyclin)
Cdk 단백질의 주기적인 활성 변화는 사이클린 단백질이 가능하게 한다. 사이클린 단백질의 농도는 세포주기에서 주기성을 띠고 변화하는데, Cdk 단백질은 사이클린 단백질과 결합하여 사이클린-Cdk 복합체를 형성한 상태로만 활성화되어 작용하기 때문에 Cdk 단백질의 활성도 주기적으로 변화할 수 있다.
그러나 사이클린의 농도는 점진적으로 변화하기 때문에 이것만으로는 특정 세포주기에서 Cdk의 활성이 갑자기 증가하고 갑자기 감소하는 것을 설명할 수 없다. 사이클린-Cdk 복합체의 구조 때문이다. 사이클린과 Cdk가 처음 복합체를 형성하면 불필요한 인산기가 붙어있어 이 인산기가 복합체의 활성을 억제한다. 필요한 세포주기의 시점에 적절한 단백질 탈인산화효소가 작용하여 이 사이클린-Cdk 복합체의 인산기를 제거함으로써 Cdk 복합체는 활성을 띠게 되고, 따라서 이 복합체의 활성을 갑자기 증가시키는 것이 가능해진다. 또한, 이 사이클린-Cdk 복합체가 자신의 역할을 하고 난 후에는 사이클린에 특정 효소복합체가 작용하여 유비퀴틴을 붙여줌으로써 사이클린이 복합체로부터 떨어져 나와 프로테아좀으로 운반되어 사이클린이 분해된다. 따라서 특정 시점 후에는 사이클린-Cdk 복합체의 활성이 갑자기 감소하는 것이 가능해진다.
3. 1. 3. 사이클린-Cdk 복합체
Cdk 단백질은 사이클린(Cyclin)이라는 단백질과 결합하여 사이클린-Cdk 복합체를 형성한 상태로만 활성화되어 작용한다. 사이클린 단백질의 농도는 세포주기에서 주기성을 띠고 변화하는데, Cdk 단백질은 이 사이클린과 결합해야 활성화되기 때문에 Cdk 단백질의 활성도 주기적으로 변화한다.
그러나 사이클린의 농도는 점진적으로 변화하므로, 이것만으로는 특정 세포주기에서 Cdk의 활성이 급격히 증가하고 감소하는 것을 설명할 수 없다. 사이클린-Cdk 복합체의 구조를 살펴보면, 사이클린과 Cdk가 처음 복합체를 형성하면 불필요한 인산기가 붙어 있어 이 인산기가 복합체의 활성을 억제한다. 필요한 세포주기의 시점에 적절한 단백질 탈인산화효소가 작용하여 이 사이클린-Cdk 복합체의 인산기를 제거함으로써 Cdk 복합체는 활성을 띠게 되고, 따라서 이 복합체의 활성을 갑자기 증가시키는 것이 가능해진다.
또한, 이 사이클린-Cdk 복합체가 자신의 역할을 하고 난 후에는 사이클린에 특정한 효소복합체가 작용하여 유비퀴틴을 붙여줌으로써 사이클린이 복합체로부터 떨어져 나와 프로테아좀으로 운반되어 분해된다. 따라서 특정한 시점 후에는 사이클린-Cdk 복합체의 활성이 갑자기 감소하는 것이 가능해진다.
3. 1. 4. Cdk 활성화 및 불활성화
사이클린과 Cdk 단백질이 결합하여 형성된 사이클린-Cdk 복합체는 인산화와 탈인산화 과정을 통해 활성화된다. 사이클린-Cdk 복합체는 처음에 불필요한 인산기가 붙어 있어 활성이 억제된 상태이다. 특정 시점에 단백질 탈인산화효소가 작용하여 이 인산기를 제거하면 Cdk 복합체가 활성화된다.
사이클린-Cdk 복합체가 역할을 완료한 후에는, 특정 효소 복합체가 사이클린에 유비퀴틴을 붙인다. 유비퀴틴이 붙은 사이클린은 복합체에서 분리되어 프로테아좀으로 운반되어 분해된다. 이 과정을 통해 사이클린-Cdk 복합체의 활성이 급격히 감소하여 불활성화된다.
4. 세포 주기 확인지점
세포 주기 조절 시스템은 세포 주기의 각 단계가 제대로 진행되는지 감시하는 시스템이다. 특히 G1기, G2기, M기의 특정 시점에서 다음 단계로 넘어갈 수 있는지 확인한다. 만약 문제가 발견되면 세포 주기는 다음 단계로 진행하지 않고 멈춘다.
- G1 확인지점: 세포가 S기로 진입하기에 적합한 환경인지 확인한다.
- G2 확인지점: DNA 복제가 완벽하게 이루어졌는지, 손상된 DNA는 없는지 확인하여 M기로 진입할 수 있는지 확인한다.
- M기 유사분열 내 확인지점: 모든 염색체에 유사분열 방추사가 제대로 부착되었는지 확인하여 염색체 분리가 제대로 일어날 수 있는지 확인한다.
4. 1. G1 확인지점 (G1 Checkpoint)
G1 확인지점은 세포 주기에서 M기가 끝난 후 G1기에서 세포 주기를 조절하는 지점이다. 이 지점은 세포 분열의 시작 여부를 결정하는 가장 중요한 확인지점으로, 세포가 G0기(휴지기)로 들어갈지, 아니면 계속 세포 분열을 진행할지를 결정한다.세포가 G1기에서 S기의 DNA 복제를 진행할 정도로 성숙해진 경우 G1/S 사이클린과 그와 결합하는 특정 Cdk 단백질이 결합하여 G1/S-Cdk 단백질 복합체를 형성한 후 이것이 S기로의 진입을 유발하게 된다. G1에서 S기로 진입하게 하는 원리는 p53이라는 전사조절단백질과 관련이 있다.
4. 1. 1. G1-Cdk 복합체
세포 외부에서 세포 분열 신호가 오면, G1 사이클린과 이와 결합하는 특정 Cdk 단백질이 G1-Cdk 단백질 복합체를 형성한다. G1-Cdk 복합체는 세포가 다음 단계인 S기로 넘어가 DNA를 복제하도록 돕는다. 반대로, 세포 분열 중단 신호가 오면 G1-Cdk는 작동하지 않고 세포는 분열을 멈추고 G0기(휴지기)로 들어간다.4. 1. 2. G0기 (휴지기)
G1 확인지점은 세포 분열의 시작 여부를 결정하는 지점으로, 세포가 G0기(휴지기)로 들어가 세포 분열을 중단할지 아니면 계속 세포 분열을 진행하여 딸세포를 형성할지를 결정한다. 세포 외부에서 세포 분열을 중단하라는 신호가 오면, G1-Cdk는 신호에 의해 작동하지 않으며 세포는 더 이상 분열하지 않고 G0기(휴지기)로 들어간다.4. 1. 3. p53, p21 단백질
DNA에 이상이 생긴 경우 p53이라 불리는 전사조절단백질의 농도와 활성은 증가하며, p53 단백질의 활성화는 p21이라고 불리는 Cdk 저해단백질을 암호화하고 있는 유전자의 전사를 촉진시킨다. 이에 의해 발현된 p21 단백질은 세포로 하여금 S기로 진입하게 하는 G1/S-Cdk 복합체에 결합하여 그 활성을 억제한다. 따라서 DNA 손상이 있는 경우 세포는 S기로 진입할 수 없으며, DNA 손상을 복구할 수 있는 시간을 벌 수 있는 것이다.4. 2. G2 확인지점 (G2 Checkpoint)
G2 확인지점은 S기에서 DNA 복제를 마치고 G2기로 넘어온 세포가 M기의 유사분열을 진행할 수 있을 만큼 충분히 성장했는지 확인하는 지점이다. 이 확인지점에서는 모든 DNA가 복제되었는지, DNA에 손상은 없는지를 점검한다. M-Cdk 단백질 복합체가 이 과정을 담당하며, M 사이클린의 농도는 S기가 끝난 직후 축적되기 시작하여 G2기 말에 급격히 증가한다. Cdc25 탈인산화효소에 의해 M-Cdk가 활성화되면 세포는 G2기에서 M기로 진행하게 된다.4. 2. 1. M-Cdk 복합체
M-Cdk 복합체는 M 사이클린과 Cdk가 결합하여 형성된 복합체로, Cdc25 탈인산화효소에 의해 활성화되어 세포가 G2기에서 M기로 진행하게 된다.4. 3. 유사분열 내 확인지점 (Spindle Checkpoint)
유사분열 내 확인지점에서는 모든 염색체에 유사분열 방추사가 적절히 부착되었는지를 점검해 복제된 염색체를 분리한다. 이 과정은 M-Cdk에 의해 일어난다. 염색체가 적도면에 배열되는 중기 이후, 염색체들이 갈라지기 시작하는 후기가 되면 후기촉진복합체(APC)가 세파레이즈를 활성화시켜 자매염색분체를 묶어주던 코헤신 연결을 끊어, 각각의 염색분체가 양쪽으로 끌려가게 된다.4. 3. 1. 후기촉진복합체 (APC)
M-Cdk는 세포가 M기로 진입할 때 콘덴신이라는 단백질 복합체를 인산화시켜 활성화하고, 염색질이 염색체로 응축되도록 한다. M기가 진행되어 염색체가 적도면에 배열되는 중기 이후, 염색체가 갈라지기 시작하는 후기가 되면 후기촉진복합체(APC)는 코헤신을 분해하는 단백질 인산화 효소인 세파레이즈를 활성화시킨다. 이로 인해 자매염색분체를 묶어주던 코헤신 연결이 끊어져 각각의 염색분체가 양쪽으로 끌려가게 된다. 또한 APC는 M 사이클린도 분해하여 M-Cdk 복합체를 불활성화시키며, 이는 유사분열을 끝내도록 한다.4. 3. 2. 코헤신 (Cohesin)
M-Cdk는 세포가 M기로 진입할 때 콘덴신이라고 불리는 단백질 복합체를 인산화시켜 활성화하고, 염색질이 염색체로 응축되도록 한다. M기가 진행되면서 염색체가 적도면에 배열되는 중기 이후에 염색체들이 갈라지기 시작하는 후기가 되면, 후기촉진복합체(APC)는 코헤신을 분해하는 단백질 인산화 효소인 세파레이즈를 활성화시킨다. 이로 인해 자매염색분체를 묶어주던 코헤신 연결이 끊어져 각각의 염색분체가 양쪽으로 끌려가게 된다.4. 3. 3. 콘덴신 (Condensin)
콘덴신은 M-Cdk에 의해 활성화되어 염색질이 염색체로 응축되도록 하는 단백질 복합체이다. 세포가 M기로 진입할 때 M-Cdk에 의해 인산화되면서 활성화된다.
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com