세포사
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1. 개요
세포사는 세포 내 프로그램에 의해 유발되는 세포의 죽음을 의미하며, 생물의 생활환에서 중요한 역할을 한다. 세포사에는 세포자멸사, 자가포식, 그리고 다양한 형태의 비-세포자멸사적 프로그램된 세포 사멸이 존재한다. 세포자멸사는 세포 수축, 핵 분열, DNA 단편화 등을 특징으로 하며, 자가포식은 세포 소기관을 파괴하는 과정이다. 세포 사멸은 암, 자가면역 질환, 퇴행성 신경 질환 등 다양한 질병과 관련되어 있으며, 관련 연구는 새로운 치료법 개발의 중요한 표적이 된다.
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세포사 | |
---|---|
개요 | |
![]() | |
정의 | |
설명 | 생물학적 세포가 더 이상 기능을 수행하지 못하게 되는 현상 |
종류 | |
주요 유형 | 세포자살 (Apoptosis) 괴사 (Necrosis) 세포 용해 (Oncosis) |
세포사 메커니즘 | |
세포자살 | 프로그램된 세포 죽음, 능동적이고 조절된 과정 |
괴사 | 손상이나 감염으로 인한 세포 죽음, 비조절적 과정 |
세포 용해 | 세포 팽창 및 파열로 인한 세포 죽음, 형태학적 세포사 유형 |
2. 프로그램된 세포 사멸 (Programmed Cell Death, PCD)
'''프로그램된 세포사멸'''(programmed cell death영어, '''PCD''')은 세포 내부의 특정 프로그램에 의해 조절되어 일어나는 세포사의 한 형태이다.[4][5][23][24] PCD는 생명체가 생애 주기를 거치는 동안 필수적인 역할을 수행하는 제어된 생물학적 과정이다. 예를 들어, 다세포생물의 정상적인 발생 과정이나 조직의 항상성 유지에 기여하며, 불필요하거나 손상된 세포를 제거하는 데 중요하다. 특히 식물과 후생동물(다세포 동물) 모두에서 조직 발달의 기본적인 기능을 수행한다.[4][5][23][24] 주요 PCD 형태로는 세포자멸사(Apoptosis)와 자가포식(Autophagy) 등이 있으며, 이 외에도 다양한 경로가 존재한다.
2. 1. 세포자멸사 (Apoptosis)
프로그램된 세포사멸 (PCD, Programmed Cell Death)은 세포 내부의 유전 정보에 따라 계획적으로 세포가 죽는 과정을 의미하며, 생명체의 정상적인 발달과 기능 유지에 필수적이다.[4][5][23][24] 예를 들어, 사람의 배아가 발달하는 과정에서 손가락과 발가락 사이의 세포들이 세포자멸사를 통해 제거되면서 각각의 손가락과 발가락이 분리된다. 이처럼 세포자멸사는 다세포 생물의 조직 형성과 유지에 기본적인 역할을 수행한다.세포자멸사는 프로그램된 세포사멸의 가장 대표적인 형태로,[5][24] 세포가 죽음에 이르는 과정에서 블레브 (세포막 돌출), 세포 수축, 세포핵 분열, 크로마틴 응축, DNA 단편화 등 특징적인 형태 변화를 동반한다.[6][25] 세포자멸사의 구체적인 과정과 질병과의 연관성은 하위 문단에서 더 자세히 다룬다.
2. 1. 1. 세포자멸사 과정

세포자멸사는 다세포 생물에서 발생하는 프로그램된 세포사멸(PCD)의 한 과정이다.[5][24] 이 과정에서는 특정 생화학적 사건들이 일어나며, 이는 세포의 특징적인 형태 변화와 궁극적인 죽음으로 이어진다. 이러한 변화에는 블레브(blebbing, 세포막 돌출), 세포 수축, 핵의 분열 및 단편화, 크로마틴 응축, 염색체 DNA 단편화 등이 포함된다.
현재 학계에서는 세포자멸사가 일어나는 맥락에 따라 그 유도 방식에 차이가 있다고 본다. 발생 과정 중에는 세포가 특정 신호에 의해 능동적으로 자살하도록 유도되는 반면, 항상성 유지 상황에서는 특정 생존 인자의 부재가 세포자멸사를 유발하는 동기가 될 수 있다. 이러한 세포자멸사 경로들은 형태적, 생화학적으로 약간의 변형을 보일 수 있다. 일부는 전형적인 세포자멸사 경로를 따르고, 다른 일부는 보다 일반적인 세포 제거 경로를 따르지만, 두 경우 모두 일반적으로 유전적 요인에 의해 조절되고 세포 내 합성을 통해 진행되는 것으로 여겨진다. 엔도뉴클레아제 활성화와 같은 일부 세포자멸사 관련 현상이 특정 유전자 연쇄 반응 없이도 나타날 수 있다는 증거도 있지만, 진정한 의미의 세포자멸사 및 프로그램된 세포사멸은 유전적으로 매개되어야 하는 것으로 간주된다. 또한, 유사분열(세포 증식)과 세포자멸사 과정이 서로 전환되거나 연결되어 있으며, 이 둘 사이의 균형은 외부로부터 받는 성장 인자나 생존 인자 신호에 따라 결정된다는 점이 밝혀지고 있다.[6][25]
한편, DNA 손상 복구에 주로 관여하는 특정 단백질들은 DNA 손상이 세포의 복구 능력을 초과했을 때 세포자멸사를 유도하는 역할도 수행한다.[7] 이러한 이중 기능 단백질은 손상된 세포가 불안정한 상태로 계속 증식하여 암으로 발전하는 것을 막는 중요한 방어 기전으로 작용한다.
2. 1. 2. 세포자멸사와 질병
DNA 손상 복구에 주로 사용되는 특정 주요 단백질은 DNA 손상이 세포의 복구 능력을 초과할 때 세포자멸사를 유도하기도 한다.[7] 이러한 단백질의 이중 역할은 암으로 이어질 수 있는, 손상되고 불안정한 세포의 증식을 막는 중요한 기능을 수행한다.
2. 2. 자가포식 (Autophagy)
자가포식(Autophagy)은 세포가 자신의 구성 성분을 분해하는 과정이다. 주로 세포 내 손상되거나 불필요한 세포 소기관이나 단백질 응집체 등을 제거하여 세포 항상성을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.[8] 이 과정은 세포질 내부에 큰 액포가 형성되는 것이 특징이며, 세포 핵이 파괴되기 전에 특정 순서에 따라 세포 소기관을 분해한다.[8][26]흔히 자가포식이라고도 불리는 거대자가포식은 세포 내 물질을 자가포식체(Autophagosome)라는 이중막 구조로 감싼 뒤, 이를 리소좀(Lysosome)과 융합시켜 내용물을 분해하는 이화작용 과정이다. 자가포식은 세포 생존에 필수적인 기전으로, 영양분 결핍과 같은 스트레스 상황뿐만 아니라 정상적인 세포 기능 유지에도 관여한다.
2. 2. 1. 자가포식의 역할
자가포식은 세포질 안에 큰 액포를 형성하는 것이 특징이며, 세포 핵이 파괴되기 전에 특정 순서에 따라 세포 소기관을 분해한다.[8][26] 흔히 자가포식이라고도 불리는 거대자가포식은 세포 내 불필요하거나 손상된 구성 요소, 예를 들어 덩어리진 세포질 내용물, 비정상적인 단백질 응집체, 과도하거나 손상된 세포 소기관 등을 자가포식체-리소좀 경로를 통해 분해하는 이화작용 과정이다. 자가포식은 일반적으로 영양분이 부족할 때 활성화되지만, 세포의 발생, 분화 과정뿐만 아니라 신경퇴행성 질환, 생리적 스트레스, 감염, 암과 같은 다양한 생리학적 및 병리학적 과정에도 관여한다. 이처럼 자가포식은 다양한 스트레스 상황에서 세포 생존을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.2. 2. 2. 자가포식과 질병
자가포식은 세포질 내부에 큰 액포가 형성되는 것이 특징이며, 핵이 파괴되기 전에 특정 순서에 따라 세포 소기관을 분해한다.[8][26] 흔히 자가포식(오토파지)이라고도 불리는 거대자가포식(매크로오토파지)은 세포 내 불필요한 세포질 내용물, 비정상적인 단백질 응집체, 또는 과도하거나 손상된 세포 소기관 등을 오토파고솜(자가포식체)-리소좀 경로를 통해 분해하는 이화작용 과정이다. 자가포식은 일반적으로 영양분이 부족할 때 활성화되지만, 세포의 발달, 분화 과정뿐만 아니라 신경퇴행성 질환, 스트레스, 감염, 그리고 암과 같은 다양한 생리적 및 병리적 과정과 깊은 관련이 있다. 따라서 자가포식 기능에 이상이 생기면 이러한 여러 질병의 발병 및 진행에 영향을 미칠 수 있다.2. 3. 기타 프로그램된 세포 사멸
세포자멸사나 자가포식 외에도 다양한 프로그램된 세포 사멸(PCD) 경로가 존재한다.[9][27] 이러한 경로들은 "비-세포자멸사적 프로그래밍 세포사멸" 또는 "카스파제-독립적 프로그래밍 세포사멸"이라고 불리며, 세포자멸사만큼 효율적으로 작동하여 백업 메커니즘이나 주요 PCD 유형으로 기능할 수 있다.[9][27]다양한 형태의 프로그램된 세포 사멸은 다음과 같다.
- 아노이키스: 유도 방식만 제외하면 세포자멸사와 거의 동일한 특징을 가진다. 세포가 부착된 기질에서 떨어졌을 때 유도된다.
- 각질화: 눈에만 국한된 세포 사멸의 한 형태이다.
- 흥분독성: 주로 신경 세포에서 과도한 흥분성 신경전달물질에 의해 유발되는 세포 사멸이다.
- 페로토시스: 철 의존적인 세포 사멸 방식이다.[10]
- 왈러 변성: 신경 세포의 축삭이 손상되었을 때 발생하는 변성 및 사멸 과정이다.
- 식물 세포의 PCD: 자가포식과 유사한 특정한 PCD 과정을 거치며, 일부 공통적인 특징은 동물과 식물 모두에서 잘 보존되어 있다.
- 활성화 유도 세포 사멸(AICD): Fas 수용체와 Fas 리간드의 상호작용을 통해 유발되며, 주로 T 세포의 반복적인 자극 후에 일어나 면역 관용 유지에 기여한다.[11][29][12][30]
- 허혈성 세포 사멸 (종창): 미토콘드리아 및 세포질의 팽창 등을 특징으로 하는 세포 사멸 형태로, 종종 치명적인 손상으로 간주된다.[13][31]
- 분열 재앙: 세포가 부적절하게 세포 분열에 진입하여 발생하는 세포 사멸로, 특정 항암 치료 시 암세포에서 흔히 관찰된다.[14][15][32]
- 면역원성 세포 사멸: 특정 항암제나 방사선 치료, 광역학 치료 등에 의해 유발되어 면역 반응을 유도하는 세포 사멸이다.[16][33]
- 파이롭토시스: 세포 내 병원체 감염 시 주로 발생하는 고도의 염증성 세포 사멸이다.[17][34]
- PAN압토시스: 파이롭토시스, 세포자멸사, 네크롭토시스 등 다른 세포 사멸 경로의 구성 요소를 통합하는 독특한 염증성 세포 사멸 경로로, PAN옵토솜이라는 복합체에 의해 조절된다.[18]
- 파고압토시스: 살아있는 세포가 다른 세포(주로 탐식세포)에 의해 포식되어 사멸하는 과정이다.[19]
2. 3. 1. 파이롭토시스 (Pyroptosis)
파이롭토시스는 프로그래밍 세포 사멸의 한 형태로, 고도로 염증성인 특징을 가진다. 주로 세포 내부에 병원체가 감염되었을 때 발생하며, 골수 세포의 항균 반응의 일부를 형성하는 것으로 여겨진다.[17][34]2. 3. 2. 네크롭토시스 (Necroptosis)
주어진 원본 소스에는 '네크롭토시스 (Necroptosis)'에 대한 정보가 포함되어 있지 않습니다. 따라서 해당 섹션에 대한 내용을 작성할 수 없습니다.2. 3. 3. 페로토시스 (Ferroptosis)
페로토시스(Ferroptosis)는 프로그래밍 세포사멸(PCD)의 한 종류로, 철에 의존하여 발생하는 세포 사멸 방식이다.[10] 이는 세포자멸사(Apoptosis)와는 다른 경로를 따르는 비-세포자멸사적 또는 카스파제-독립적 프로그래밍 세포사멸에 속한다.[9]2. 3. 4. 아노이키스 (Anoikis)
아노이키스(Anoikis영어)는 세포가 정상적으로 부착되어 있어야 할 세포외 기질(ECM)에서 분리될 때 발생하는 프로그램된 세포 사멸(PCD)의 한 형태이다. 이는 세포자멸사와는 다른 경로인 "비-세포자멸사적 프로그래밍 세포사멸" 또는 "카스파제-독립적 프로그래밍 세포사멸"로 분류된다.[9] 이러한 대체적인 세포 사멸 경로는 세포자멸사만큼 효율적이며 백업 메커니즘이나 PCD의 주된 유형으로 기능할 수 있다.[9] 아노이키스는 유도 방식만 제외하면 세포자멸사와 거의 동일한 특징을 가진다고 알려져 있다. 아노이키스와 함께 각질화, 흥분독성, 페로토시스,[10] 왈러 변성 등이 비-세포자멸사적 프로그래밍 세포사멸의 다른 예시로 언급된다.2. 3. 5. 분열 재앙 (Mitotic Catastrophe)
분열 재앙(Mitotic catastropheeng), 또는 분열기 붕괴는 세포가 과도하거나 부적절하게 세포 분열(유사분열)에 진입하여 세포 사멸을 유발하는 현상이다. 이는 일종의 종양 억제 메커니즘으로 작용할 수 있다.[14] 암세포가 이온화 방사선이나 여러 항암제 치료에 노출되었을 때 가장 흔하게 나타나는 세포 사멸 방식이기도 하다.[15][32]2. 3. 6. 활성화 유도 세포 사멸 (Activation-Induced Cell Death, AICD)
활성화 유도 세포 사멸(Activation-Induced Cell Death, AICD)은 Fas 수용체(Fas, CD95)와 Fas 리간드(FasL, CD95 리간드)의 상호 작용을 통해 일어나는 프로그램된 세포 사멸의 한 종류다.[11] 이 과정은 특정 T 세포 수용체(TCR)가 반복적으로 자극받을 때 발생하며, 말초 면역 관용을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.[12] AICD는 활성화된 T 림프구의 수를 조절하는 음성 조절 기전으로 작용한다. 만약 이 과정에 문제가 생기면, 면역계의 균형이 깨져 자가면역 질환으로 이어질 수 있다.[11]3. 괴사 (Necrosis)
괴사(Necrosis)는 외상이나 감염과 같은 외부 요인으로 인해 세포가 심하게 손상되어 발생하는 세포 죽음의 한 형태이다.[20][35] 이는 세포가 죽은 후 나타나는 여러 변화 과정을 포함하며, 일반적으로 세포가 부풀어 오르고 세포막이 파열되어 내용물을 방출하는 특징을 보인다.[21][35] 방출된 내용물은 주변 조직에 염증을 유발하기도 한다.[21][35]
한편, 네크로토시스 (Necroptosiseng)라고 불리는 프로그램된 형태의 괴사도 존재하며, 이는 특정 상황에서 세포자멸사를 대체하는 세포 죽음 기전으로 여겨진다.[21][35]
3. 1. 괴사의 특징
괴사는 외상이나 감염과 같은 외부 요인으로 인해 세포가 심하게 손상되어 발생하는 세포 죽음의 한 형태이다.[20][35] 괴사가 일어날 때 세포는 특징적인 변화를 겪는다.우선 세포는 내부로 수분이 유입되면서 부풀어 오른다(팽창).[21][35] 이후 세포막의 통합성이 유지되지 못하고 통제되지 않는 방식으로 파열된다.[21][35] 세포막이 파열되면 세포 안에 있던 내용물들이 세포 밖으로 방출된다.[21][35] 이렇게 유출된 세포 내용물은 주변 조직에 영향을 미쳐 염증 반응을 유발하는 경우가 많다.[21][35]
한편, 네크로토시스( Necroptosis|네크로토시스eng )라고 불리는 프로그램된 형태의 괴사도 존재한다. 이는 바이러스 감염이나 돌연변이와 같은 특정 상황에서 세포자멸사 신호 전달 경로가 차단되었을 때, 세포자멸사를 대신하여 세포 죽음을 유도하는 백업 메커니즘으로 기능할 수 있다는 가설이 있다. 네크로토시스 경로에는 종양 괴사 인자 수용체 1(TNFR1)과 같은 특정 사멸 수용체가 관여하는 것으로 알려져 있다.[21][35]
3. 2. 괴사와 질병
괴사 (Necrosis)는 외상이나 감염과 같은 외부 요인으로 인해 세포가 심하게 손상되어 발생하는 세포 죽음의 한 형태로, 여러 다른 모습으로 나타날 수 있다. 이는 세포가 죽은 뒤에 일어나는 여러 현상을 통칭하는 개념이기도 하다.[20] 괴사가 일어날 때, 세포는 먼저 부풀어 오르고(팽창) 이후 세포막이 통제되지 않은 상태로 파열되면서 내부 물질을 외부로 방출한다. 이렇게 방출된 세포 내용물은 주변 세포에 염증을 유발하는 경우가 많다.[21]한편, 네크로토시스 (Necroptosis)라고 불리는 프로그램된 형태의 괴사도 존재한다. 이는 프로그램된 세포 죽음의 또 다른 방식으로 인식되고 있으며, 바이러스 감염이나 돌연변이와 같은 내부 또는 외부 요인에 의해 정상적인 세포자멸사(Apoptosis) 신호 전달 과정이 차단되었을 때, 이를 대신하는 예비적인 세포 죽음 기전으로 작동할 수 있다는 가설이 제기되었다. 네크로토시스 과정에는 종양 괴사 인자 수용체 1(TNFR1)과 같은 특정 세포사 수용체가 관여하는 것으로 알려져 있다.[21][35] 과거에는 세포 죽음의 종류를 주로 형태학적 특징에 따라 구분했지만, 최근에는 분자적, 유전적 특징을 기준으로 분류하는 방식으로 변화하고 있다.
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