세포주기 체크포인트와 암 발생 기전

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암이란 무엇일까요?

✔️ 국내 사망원인 통계에서 부동의 1위를 차지하는 질병은 바로 '암'입니다 (전세계적으로는 심혈관질환). 우리나라가 경제적으로나 의료적으로나 선진국 반열에 올라있음을 고려할 때, 암이 사망 원인 1위를 차지하는 것은 그만큼 암이라는 질병이 치료가 어렵고, 쉽게 목숨을 앗아가는 무서운 질병임을 의미합니다. 암에 대한 막연한 두려움은 우리 모두가 가지고 있을테지만, 정작 암이라는 것이 정확히 어떤 질병인지를 설명하는 것은 쉽지 않습니다.

→ 암을 포함하는 개념으로 ‘종양’이 있으며, 모든 암은 종양이라 할 수 있지만 모든 종양이 암은 아닙니다. 종양이란 무분별하게 증식한 다수의 세포들이 덩어리를 이루는 것을 의미하며, 그 종류로는 양성종양과 악성종양이 있습니다.

악성종양이 우리가 흔히 말하는 ‘암’에 해당하는 반면 양성종양은 뇌와 같이 특수한 부위에 발생하는 경우를 제외하면 암과 달리 생명을 위협하는 경우가 적습니다.

흔히 혹이라고도 하는 양성종양이 암과 다른 점은, 양성종양은 세포분열의 속도가 암보다 느릴 뿐더러 그 주변의 정상 조직을 침투하지 않고 종양세포들끼리 모여 정상세포와 구분되는 덩어리로 존재한다는 점입니다. 또한 양성종양 세포들을 현미경으로 관찰하면 일반 세포들과 큰 차이가 없습니다.

❗️ 반면, 악성종양(암)은 주로 유전적 돌연변이를 원인으로 하여 일반 세포와는 전혀 다른 특성과 형태를 나타내는데, 현미경 상으로도 암세포는 일반 세포와 차이가 있습니다.(모양과 크기가 균일하지 않고 제각각이며 핵의 형상도 일반 세포와는 다릅니다). 또한 암세포는 빠르게 증식하며 암세포 주변에 새로운 혈관들을 만들어내는 혈관신생(angiogenesis)가 일어납니다.

암세포는 풍부하게 형성된 주변 신생 혈관을 통해 산소와 영양소 등의 물질 공급을 독점하는 동시에 주변 정상 조직들로 침투하여 주변 조직에 영향을 미치며, 또한 혈관이나 림프에도 침투하여 이를 통해 멀리 떨어진 인체 부위에까지 ‘전이’될 수 있는 특성을 가지고 있습니다.

그 결과 온몸에 퍼진 암세포는 무분별하게 증식하고 정상세포들은 산소, 영양소를 공급받지 못하게 되어 결국 온몸의 세포, 조직, 기관이 제 역할을 하지 못하는 다발성 장기부전으로 사망에 이르게 됩니다.

‣ 따라서, 암을 두가지 특성으로 정의하자면 아래와 같습니다.

① 조절되지 않는 무분별한(빠른) 증식,

② 주변 조직으로의 침투(Invasion)와 다른 부위로의 전이(Metastasis)

⇢ 이때 암이라는 비정상적인 상태가 조절되지 않는 증식을 특징으로 한다는 점에서, 우리의 정상 세포들은 반대로 증식과정이 잘 조절 될 것이라는 점을 알 수 있습니다. 우리는 생명과학 과목을 통해 G1-S-G2-M기로 구성되는 세포의 증식(분열) 과정을 배우는데, 그렇다면 정상세포에서는 이러한 세포주기가 어떻게 조절되고 있는 것일까요?

또한 암세포는 주로 돌연변이의 누적으로 인해 발생한다고 알려져 있는데, 세포주기와 관련한 어떤 돌연변이에 의해 조절능을 잃어버리게 된 것일까요? 이번 탐구에서는 생명과학1에서 소개되는 세포분열 과정에서 나아가 그러한 과정이 어떻게 조절되는지를 살펴보고 암세포의 발생 기전과 그 의약학적 측면에 대해 자세히 탐구해보도록 하겠습니다.

✔️ 지난 탐구를 통해 생명과학1 4단원에서 배우는 세포주기 외에 G0기가 있다는 것을 알게 되었고, 세포의 재생능력에 따라 분류가 가능하다는 사실을 알 수 있었고 세포분열의 한 사이클인 세포 주기의 중요성에 대해 느낄 수 있었다. 우리가 통합과학을 통해 세포가 생명체의 기능적, 구조적 기본 단위라고 배운 것 처럼 이러한 기본 단위가 어떻게 분열하여 우리를 구성하고 있는 지를 탐구하고 이해하는 것은 어쩌면 생명과학의 근간으로서 큰 중요성을 가지는 것은 당연한 것이라고도 할 수 있겠다. 그러한 깨달음과 함께 이번 탐구에서는 각 세포주기에서 일어나는 일을 교과내용보다 더 자세히 탐구해보고 또한 나의 진로와 관련하여 암세포가 조절되지 않는 세포 분열을 특징으로 한다는 점에서 암세포의 세포 주기에는 어떤 특징이 있는지, 그리고 항암제의 기전은 이와 어떤 관련이 있는지를 탐구해보고자 한다.

생명과학1의 세포주기(Cell cycle)

✔️ 세포주기에 대한 자세한 내용들을 다루기 이전에, 우선 생명과학1 4단원에 소개되는 세포주기 개념을 정리해보도록 하겠습니다.

❗️ 세포주기란 체세포분열에 의해 만들어진 딸세포가 다시 분열을 완료할때 까지의 과정, 기간을 의미합니다. 이때 세포주기는 크게 간기(Interphase)와 분열기(Mitosis, M기)로 나누어지며, 간기(間: 사이 간, 期: 기약할 기)란 그 이름 그대로 분열기의 ‘사이’에 있는 시기, 즉 분열기가 아닌 모든 과정들을 의미합니다. 분열이란 하나의 모세포가 두개의 딸세포로 나누어지는 것을 의미합니다.

그런데 만약 세포를 그대로 둘로 나누어버리면 세포 크기도 절반으로 줄어들 뿐더러 세포의 정상적 생명 활동에 필수적인 세포 소기관들도 정상적이지 못할 것입니다. 따라서 분열 이전에 딸세포가 모세포와 같이 정상적으로 기능할 수 있도록 준비하는(특히 세포 크기, 내용물의 측면에서) 단계가 필요하며 이 기간이 바로 간기에 해당합니다. 간기는 G1-S-G2기로 구성되며 이에 분열기가 이어져 세포주기는 G1-S-G2-M기로 이루어집니다.

* 각각의 세포주기 시기에 어떤 일이 일어나는지는 스스로 정리해보도록 합시다.

❗️ 이때 G1기와 G2기에 일어나는 일을 비교하기 위한 핵심은, G1기는 S기의 앞에, G2기는 M기 앞에 위치하고 있다는 점 입니다.

즉 G1기에서는 DNA복제가 일어나는 S기를 준비하기 위해 복제 과정에 관여하는 단백질, RNA 등의 합성이 활발하게 일어납니다. 반면 G2기에서는 분열기 M기를 대비하기 위해 필요한 단백질들을 합성하는데, 대표적으로 염색분체에 부착되는 방추사를 구성하는 단백질 ‘튜불린’, 염색분체를 양쪽으로 이동시키는 운동 단백질인 ‘디네인’과 ‘키네신’ 등이 합성됩니다. 또한 세포 사이즈의 성장, 내용물인 세포소기관 합성 등은 주로 G2기보다는 G1기에 일어납니다.

세포주기(Cell cycle)의 체크포인트(Checkpoint)

✔️ 이제, 생명과학1의 세포주기 내용에 더하여 심화탐구로서 세포주기가 어떻게 조절되고 있는지를 살펴보도록 하겠습니다. 앞서 살펴본 것처럼, 암을 정의하는 특징 중 하나가 ‘조절되지 않는 분열’이라는 점에서 정상적인 세포들은 분열의 한 사이클인 세포주기가 잘 조절되어야 함을 알 수 있습니다.