세포분열 새 메커니즘 발견

과학기술

세포분열 새 메커니즘 발견
분자적으로 염색체의 주요 역할 밝혀

2015.07.20 02:21 김병희 객원기자

동물의 세포분열에서 염색체가 주요한 역할을 한다는 새로운 사실이 캐나다와 영국의 과학자들에 의해 밝혀졌다. 이 현상은 하나의 세포가 두 개의 딸 세포로 분열되는 세포질 분열 과정에서 확인할 수 있다.

질 힉슨(Gilles Hickson) 캐나다 몬트리올대 병리학 및 세포생물학 교수팀과 버즈 바움(Buzz Baum) 영국 런던대 분자세포생물학 MRC연구소 교수팀은 이 같은 사실을 확인해 과학저널 ‘네이처’(Nature, 7월13일)지에 게재했다.

세포분열은 모든 생명체의 기본 현상이다. 인체는 하나의 세포에서 수십억번의 분화를 거쳐 모든 형태의 조직을 형성하며, 이 세포들 중의 일부는 평생 동안 매일 수십억번의 분열을 계속하고 있다. 그러나 이에 관한 분자적 기전은 아직 완전하게 이해되지 않은 상태로서, 세포질 분열 과정에서 염색체가 적극적인 역할을 한다는 사실도 그동안 알려지지 않았다.

결함 없는 세포분열

동물세포에서 세포분열은 유사분열 즉 세포질분열에 의해 두 개의 딸 세포가 분리되는 과정에서 나타나는 염색체의 분리를 포함한다. 힉슨 교수는 “세포분열은 일반적으로 어떤 결함이 없이 행해지는 복잡하면서도 탄탄한 과정이지만 DNA 분리나 세포질 분열 과정에서 결함이 발생하면 암을 촉발하는 원인이 될 수 있다”고 말했다.

세포분열 과정에서 염색체가 세포의 양 끝으로 늘어나면 미소관(microtubule, 微小管)이라 불리는 전선 모양의 구조를 현미경 상으로 확인할 수 있다. 힉슨 교수는 “이때 미소관들은 염색체 중앙의 동원체(動原體)를 거쳐 염색체를 물리적으로 분리하게 되고, 다른 미소관들은 세포 분열이 일어나는 세포 중앙선(equaitor)의 피질에 신호를 보낸다”고 설명했다. 지금까지 염색체는 단순한 수동적인 역할, 즉 미소관에 의해 당겨지고 세포질 분열에는 영향을 미치지 않는 것으로 잘못 생각돼 왔다.

인간 세포에서의 유사분열 방추 모습. 녹색은 미소관, 파란색은 염색체(DNA), 가운데 빨간색 점들은 동원체를 나타낸다. ⓒ Afunguy(English Wikipedia)

염색체의 적극적인 역할

강력한 유전자 연구 도구와 첨단 현미경을 이용해 초파리의 세포를 연구한 결과 연구팀은 염색체들이 미소관의 활동을 강화하기 위해 세포 피질에 영향을 미치는 신호를 방출한다는 사실을 발견했다. 핵심 신호 중의 하나는 동원체에서 발견되는 Sds22-PP1이라는 가수분해 효소 복합체를 통해 작동되는 것으로 확인됐다.

연구팀은 또한 인체 세포에서도 이 같은 신호 경로가 작동되는 것을 증명했다. 힉슨 교수는 “초파리에서부터 인간에 이르기까지 존재하는 이 같은 진화적 보존현상은 세포 분열의 기저를 이루는 과정으로 생각된다”고 말했다. 이로 인해 우리는 초파리 실험을 통해 인체 생물학을 이해하는 좋은 기회를 얻고 있기도 하다.

힉슨 교수는 “염색체들이 분할될 때 세포 양 끝단의 세포막에 접근하는데 이때 효소의 작용에 의해 끝단의 세포막이 부드러워져서 잘 늘어나게 되고, 뒤이어 세포의 가운데 부분(equaitor)에서 분열이 일어나게 된다”고 설명했다.

새로운 연구 방향

이 메커니즘의 발견은 세포 분열에 대한 지식을 진전시키는 획기적인 돌파구를 연 것으로 평가된다. 과학자들은 지금까지 100년 이상 세포 분열을 지켜봐 왔지만, 여전히 그에 관한 분자적 기전을 이해하려고 노력하고 있으며, 그것이 중요한 이유는 세포 분열은 생명과 함께 질병들을 이해하는 핵심이기 때문이란 것이 힉슨 교수의 설명이다.

실제로 모든 암들은 억제되지 못 한 비정상 세포분열을 특징으로 하며, 그 기저를 이루는 과정들은 암의 발현과 확산을 막는 주요한 치료 타겟이 된다.

힉슨 교수는 “우리는 암 치료라는 목표에 도달하기 전에 먼저 정상적인 세포분열의 기본 과정과 신호들이 어떻게 빗나가거나 오용될 수 있는가에 대한 지식을 계속 넓혀 나가야만 한다. 또한 인체의 다양한 세포들은 같은 조직에서도 언제나 정확하게 같은 방식으로 분열되지는 않는다. 예를 들면 대부분의 세포가 대칭적으로 분열하는데 비해 줄기세포는 비대칭으로 분열하며, 이러한 차이를 분자적 관점에서 아직 이해하지 못 하고 있다. 초파리 모델과 같이 강력하고 잘 특화된 도구를 이용해 그런 목표에 도달할 수 있을 것이다. 이러한 일은 궁극적으로 건강한 세포에는 영향을 미치지 않으면서 암세포의 분열을 억제할 수 있는 한층 특화된 치료법을 합리적으로 디자인하는데 도움을 줄 것”이라고 말했다.

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