중심체

3. 구조

중심체는 많은 동물 세포, 일부 조류(藻類), 이끼류나 양치류 등의 정원(精原) 세포의 세포질 내에서 발견되는 작은 구조물이다. 공 모양 또는 짧은 막대 모양을 하고 있으며, 주로 세포핵 가까이에 위치한다. 중심체는 중심립이라고 불리는 두 개의 소립과 이를 둘러싸는 특수한 원형질인 중심질로 구성된다.^[19] 1876년 베네덴에 의해 처음 발견되었을 때는 극소체라고 불렸으나, 이후 중심 소체, 중심체, 분열 중심, 중심자 등 다양한 이름으로 불리게 되었다.

중심체는 유사 분열 초기에 둘로 분열하여 핵을 사이에 두고 반대 위치로 이동하며, 각 중심체 주위에는 방사상의 섬유 구조인 성상체(星狀體)가 형성된다. 중심립은 철 헤마토키실린이나 크리스탈 바이올렛 등의 색소에 강하게 염색되는 특징을 보인다. 한때 중심체는 인위적인 구조가 아닐까 하는 의심을 받았지만, 생세포에서도 관찰되고 중심립에서 중심립이 생성된다는 사실이 밝혀지면서 세포 내 독립된 세포 기관으로 인정받게 되었다.^[19]

최근 전자 현미경 기술의 발달로 중심체의 미세 구조가 상세히 밝혀졌다. 중심립은 지름 약 0.15μm, 길이 0.3-0.5μm의 원통형 구조이며, 양 끝이 세포 내로 열려 있다. 원통 표층부는 밀도가 높고, 세 개의 미소세관으로 이루어진 구조가 아홉 덩어리 있으며, 원통의 긴 축에 평행하게 배열되어 있다. 원통 표층부와 주변 세포질 사이에는 뚜렷한 경계가 없다.

편모, 섬모, 정자 꼬리 등의 횡단면을 전자 현미경으로 관찰하면 미소세관이 주변부에 9개, 중앙부에 2개 있는, 이른바 9+2 구조를 이루고 있음을 알 수 있다. 섬모 기부에는 기립(基粒)이라는 부분이 있으며, 식물 정자의 편모나 섬모의 기립은 특히 생모체라고 불린다. 생모체는 미세 구조나 기능 면에서 중심립과 동일하며, 실제로 중심립에서 생성된다.^[19]

세포 분열 정지기에 중심체는 둘로 나뉘고, 분열 초기에 각 세포의 양극으로 이동하여 성상체의 중심부에 위치하며 방추체 형성에 관여한다. 세포에 콜히친(Colchicine)을 처리하면 세포 분열이 중기에서 멈추는데, 이는 콜히친이 중심체의 양극 이동을 방해하기 때문이다. 이러한 이유로 콜히친은 세포 독성을 가지는 분자로 여겨진다.^[19]

중심체의 구조적 이상은 일반적으로 중심체 구성 요소의 제어되지 않는 발현이나 부적절한 번역 후 변형(예: 인산화)으로 인해 발생한다. 이러한 변형은 중심체 크기 변화(주로 과도한 중심 주위 물질로 인해 비대해짐)를 유발할 수 있다. 또한, 중심체 단백질은 응집체를 형성하는 경향이 있어, 이소성 위치에서 중심체 관련체(CRB)가 자주 관찰된다.^[19] 확대된 중심체와 CRB는 종양에서 관찰되는 중심체 구조와 유사하다.^[20] 특정 중심체 단백질(예: CNap-1, Nlp)의 과발현은 배양 세포에서 이러한 구조를 유도할 수 있다.^[19][21] 이들은 겉보기에는 매우 유사하지만, 단백질 구성에 따라 매우 다른 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, γ-TuRC 복합체(γ-튜불린) 통합 능력은 매우 다양하며, 이는 미세 소관 핵 형성 능력^[20]에 차이를 유발하여 종양 세포의 모양, 극성, 운동성에 다양한 영향을 미친다.

부적절한 수의 중심체 존재는 게놈 불안정성 및 조직 분화 소실과 관련이 깊다.^[20][22] 그러나 중심체 수(각 중심체에 2개의 중심립 존재) 측정은 광학 해상도의 한계로 인해 정확하지 않은 경우가 많다. 과도한 중심체는 인간 종양에서 흔히 발견되며, 종양 억제 유전자 p53의 소실은 불필요한 중심체 생성을 유발한다.^[23] 암 형성에 관여하는 BRCA1, BRCA2와 같은 다른 단백질의 조절 이상도 관찰되었다.^[18] 과도한 중심체는 중심체 중복, 세포 분열 중 세포질 분열 실패(염색체 수 증가), 세포 융합(특정 바이러스 감염 등), 중심체의 ''de novo'' 생성 등 다양한 메커니즘을 통해 생성될 수 있다.

3. 1. 중심립

3. 2. 중심질 (중심립 주위 물질, PCM)

4. 기능

많은 동물 세포, 특정 종류의 조류(藻類), 이끼류나 양치류 등의 정원(精原) 세포에서 세포질 내에 공 모양 또는 짧은 막대 모양의 작은 구조물인 중심체를 볼 수 있다. 중심체는 주로 세포 중심의 핵 가까이에 위치하며, 중심립이라 불리는 두 개의 소립과 이를 둘러싸는 특수한 원형질(중심질)로 구성된다. 중심체는 1876년 베네덴에 의해 처음 발견되었으며, 처음에는 극소체라고 불렸다. 이후 중심 소체, 중심체, 분열 중심, 중심자 등 다양한 이름으로 불렸다.

유사 분열 초기, 중심체는 둘로 분열하여 핵을 사이에 두고 서로 반대 위치로 이동한다. 각 중심체 주위에는 방사상의 섬유 구조인 성상체가 형성된다. 중심립은 철(鐵)헤마토키시린이나 크리스탈 바이올렛 등의 색소에 강하게 염색된다. 초기에는 중심체가 인위적인 구조라는 의심도 있었지만, 살아있는 세포에서도 관찰되고 중심립이 중심립에서 생성된다는 사실이 밝혀지면서 세포 내 독립적인 세포 기관으로 인정받게 되었다.

최근 전자 현미경을 통해 중심체의 미세 구조가 밝혀졌다. 중심립은 지름 약 0.15μm, 길이 0.3-0.5μm의 양 끝이 열린 원통형 구조이다. 원통 표층부는 밀도가 높으며, 이 부분에 세 개의 미세소관으로 이루어진 구조가 아홉 덩어리 존재하며, 원통의 긴 축에 평행하게 배열된다. 원통 표층부와 주변 세포질 사이에는 뚜렷한 경계가 없다. 두 중심립은 긴 축이 평행하게 위치하기도 하지만, 대부분의 경우 서로 직각으로 위치한다. 이러한 위치 관계의 생물학적 의미는 아직 밝혀지지 않았지만, 중심립의 분열 증식과 관련이 있을 것으로 추정된다. 또한, 두 중심립 중 한쪽이 밀도가 더 크고, 유사 분열 시 이 중심립에서 방추사가 뻗어 나오는 것이 관찰되었다.

4. 1. 세포 분열

4. 2. 섬모 및 편모 형성

4. 3. 세포 극성 결정

5. 암세포에서의 중심체 이상

테오도어 보베리는 1914년에 암 세포에서 중심체의 이상을 기술했다. 이러한 초기 관찰은 이후 많은 종류의 인간 종양으로 확대되었다.^[18] 암에서 중심체 변형은 구조적 또는 수적 변형의 두 하위 그룹으로 나눌 수 있지만, 둘 다 종양에서 동시에 발견될 수 있다.

구조적 이상은 일반적으로 중심체 구성 요소의 제어되지 않는 발현, 또는 구성 요소에 적합하지 않은 번역 후 변형(예: 인산화)으로 인해 나타난다. 이러한 변형은 중심체 크기의 변화(일반적으로 과도한 중심 주위 물질로 인해 너무 큼)를 일으킬 수 있다. 또한, 중심체 단백질은 응집체를 형성하는 경향이 있으므로, 이소성 위치에서 중심체 관련체(CRB)가 자주 관찰된다.^[19] 확대된 중심체와 CRB는 종양에서 관찰되는 중심체 구조와 유사하다.^[20] 더욱이, 이러한 구조는 CNap-1 또는 Nlp와 같은 특정 중심체 단백질의 과발현에 의해 배양 세포에서 유도될 수 있다.^[19][21] 이러한 구조는 매우 유사해 보일 수 있지만, 자세한 연구에 따르면 단백질 구성에 따라 매우 다른 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, γ-TuRC 복합체(참고: γ-튜불린)를 통합하는 능력은 매우 가변적이며, 따라서 미세 소관을 핵 형성하는 능력^[20]이 다르기 때문에 관련된 종양 세포의 모양, 극성 및 운동성에 다양한 방식으로 영향을 미친다.

부적절한 수의 중심체가 존재하는 것은 게놈 불안정성의 출현 및 조직 분화의 소실과 매우 자주 연관되어 있다.^[20][22] 그러나 중심체의 수(각 중심체에 2개의 중심립이 있음)를 세는 방법은 종종 매우 정확하지 않다. 이는 종종 서로 매우 가까이 있는 중심립을 분해할 만큼 높은 광학 해상도를 갖지 못한 형광 현미경을 사용하여 평가되기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 과도한 중심체의 존재는 인간 종양에서 흔한 현상임이 분명하다. 종양 억제 유전자 p53의 상실은 불필요한 중심체를 생성하며,^[23] 암 형성에 관여하는 BRCA1 및 BRCA2와 같은 다른 단백질도 조절 해제하는 것으로 관찰되었다. (참고 자료는 ^[18] 참조). 과도한 중심체는 매우 다양한 메커니즘에 의해 생성될 수 있다. 중심체의 특정 중복, 세포 분열 중 세포질 분열 실패(염색체 수 증가 생성), 세포 융합(특정 바이러스에 의한 감염의 경우) 또는 중심체의 ''de novo'' 생성 등이 그것이다. 현재로서는 이러한 메커니즘이 ''생체 내''에서 얼마나 널리 퍼져 있는지 알 수 있는 정보가 부족하지만, 세포 분열 중 실패로 인한 중심체 수 증가는 간과되는 것보다 더 빈번할 수 있다. 왜냐하면 세포 내의 많은 "기본" 결함(세포 주기의 조절 해제, 결함 있는 DNA 또는 염색질 대사, 방추체 검문점 실패 등)이 세포 분열의 실패, 배수성 증가, "이차적" 효과로서의 중심체 수 증가를 생성하기 때문이다.^[24][25]

6. 진화

중심체와 중심립의 진화 역사는 센트린과 같은 대표적인 유전자를 통해 추적되어 왔다.^[2] 센트린은 칼슘 신호전달에 관여하고 중심립 복제에 필요하다.^[26] 센트린에는 두 가지 주요 하위 계열이 있으며, 이들은 모두 초기 진핵생물인 지아르디아 장편모충에 존재한다. 따라서 센트린은 진핵생물의 공통 조상에게서 존재해 왔다. 반대로, 고세균과 세균에서는 인식 가능한 상동체가 없어 "진핵생물 특이적 유전자"의 일부이다. 센트린과 중심립의 진화에 대한 연구는 있었지만,^[2][27] 중심립 주위 물질의 진화에 대한 연구는 발표되지 않았다.

초파리와 예쁜꼬마선충과 같은 모델 생물에서는 중심체의 일부가 매우 분화된 것이 분명하다. 예를 들어, 두 종 모두 중심립 복제와 관련된 센트린 하위 계열 중 하나를 잃었다. 중심체를 잃은 초파리 돌연변이는 형태학적으로 정상적인 성체 파리로 발달할 수 있지만, 감각 뉴런에 섬모가 없기 때문에 태어난 직후 죽는다.^[16] 따라서 이 파리는 중심체와 독립적인, 기능적으로 중복되는 기전을 진화시켰다.

7. 기타

2006년의 연구에 따르면 대서양 서프 조개 난자에서 추출한 중심체는 RNA 서열을 포함하고 있다. 확인된 서열은 세포 내 다른 위치에서는 "거의 또는 전혀" 발견되지 않았으며, 기존의 게놈 데이터베이스에도 나타나지 않는다. 확인된 RNA 서열 중 하나는 추정되는 RNA 중합 효소를 포함하고 있어, 중심체 내에 RNA 기반 게놈이 존재한다는 가설을 제시했다.^[28] 그러나 후속 연구를 통해 중심체는 자체적인 DNA 기반 게놈을 가지고 있지 않다는 것이 밝혀졌다. RNA 분자가 중심체와 결합한다는 것은 확인되었지만, 해당 서열은 여전히 핵 내에서 발견되고 있다. 또한, 중심체는 정상 세포에서 제거된 후(예: 레이저 조사) ''새롭게'' 형성될 수 있다.^[27]

참조

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_[22] 논문 Centrosome amplification and instability occurs exclusively in aneuploid, but not in diploid colorectal cancer cell lines, and correlates with numerical chromosomal aberrations
_[23] 논문 Abnormal centrosome amplification in the absence of p53 https://zenodo.org/r[...]
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_[25] 논문 From polyploidy to aneuploidy, genome instability and cancer
_[26] 논문 Centrin-2 is required for centriole duplication in mammalian cells
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