생명을 유지하기 위해 세포는 분열, 증식, 사멸 또는 정지 상태로 존재합니다. 세포주기에 들어갈지 결정하기 위해 세포는 다양한 세포 내 및 세포 외 신호 정보를 통합합니다. 세포 내 신호 중 가장 중요한 것은 p107, p130 및 망막 모세포종 단백질(Rb)과 같은 주머니 단백질군에 속하는 단백질의 인산화입니다. 사이클린 의존성 키나제 2(CDK2)의 활성화에서 시작하여 E2F- 표적 전사와 Rb의 인산화에 대한 일련의 신호 전달은 세포주기 진행을 유지하는데 도움이 됩니다1. 세포는 세포분열 후 다른 세포주기에 들어가거나 CDK 활동을 줄이고 정지 상태에 들어갑니다. 또한 세포는 DNA 손상에 대한 반응으로 apoptosis 과정을 통해 유전적 수준에서 죽음이 예정(programmed)됩니다2. Apoptosis는 caspase 매개 신호 전달 경로에 의해 시작됩니다. 세포 분열, 증식, apoptosis 와 세포 사멸은 삶의 필수적인 부분입니다.
세포주기
세포주기에는 두 가지 주요 단계가 있습니다. 간기(유사분열 사이의 단계)와 유사 분열 단계(모세포가 유전적으로 동일한 두 개의 딸세포로 분할됨)입니다. 간기에는 세 개의 뚜렷하게 구분되는 연속 단계가 있습니다. G1이라는 첫 번째 단계에서 세포는 환경을 모니터링하고 필요한 신호를 받으면 세포가 RNA와 단백질을 합성하여 성장을 유도합니다. 조건이 맞으면 세포는 세포주기의 S기에 들어가 DNA 합성을 수행하고 염색체 DNA를 복제합니다. 마지막으로 G2 기에서 세포는 계속 성장하고 유사분열을 준비합니다.
BD Biosciences는 세포주기 연구를 위한 다양한 시약과 리소스를 제공합니다.
세포증식
세포 증식은 성장과 분열을 통해 세포 수가 증가하는 것입니다. 세포 증식과 apoptosis의 균형은 발달과 정상적인 조직 항상성에 중요합니다. 세포 증식을 평가하기 위해 여러 기법이 사용됩니다. 세포주기의 합성 (S)기 동안 DNA 중합 효소는 다양한 뉴클레오사이드 (데옥시아데노신, 데옥시구아노신, 데옥시시티딘 및 티미딘)를 새로 합성된 DNA 가닥에 결합합니다. 이러한 뉴클레오사이드에 대한 유사체 사용으로 세포 증식을 측정할 수 있습니다. 티미딘 유사체인 5-bromo-2'-deoxyuridine (BrdU)은 de novo DNA 합성을 측정하는데 널리 사용됩니다. Ki-67과 같은 여러 세포주기 관련 단백질도 세포 증식의 지표로 사용됩니다. 형광성 또는 비형광성 세포질 증식 dye는 세포 증식 측정용으로 사용될 수 있습니다.3
BD Biosciences는 violet laser와 blue laser를 각각 사용하여 세포증식을 측정하기 위한 BD Horizon™ Violet Proliferation Dye 450 (VPD450) and BD Horizon™ CFSE를 제공하며, 이는 panel를 늘릴 수 있습니다. Multicolor 유세포 분석을 이용하여 제한된 샘플에서 더 많은 데이터를 확인할 수 있습니다.
이 proliferation dye는 모두 비형광 에스테르화 dye입니다. 에스테르 그룹은 dye 가 세포에 들어갈 수 있도록 합니다. Dye 가 세포 내부에 있으면 에스테라제가 에스테르 그룹을 절단하여 염료를 형광 생성물로 변환하고 세포 내부에 존재하게 됩니다. 각 복제 에서 세포내 염료양이 감소하여 특정 패턴이 나타납니다.
Apoptosis와 세포사멸
Apoptosis는 세포 재생을 위해 세포가 자기 파괴하거나 비정상적인 세포 성장을 제어하도록 신호를 보내는 체계적인 과정입니다. 세포가 손상되거나 더 이상 필요하지 않게 되면 세포는 apoptosis 또는 예정된 세포사멸사(programmed cell death)를 겪게 됩니다. 이는 배아 발달 및 조직 항상성이 유지되는 동안 발생하는 정상적인 생리학적 과정입니다. Apoptosis는 손상된 세포의 질서 정연한 죽음을 제어하는 반면, 괴사는 조직 손상의 결과로 발생하여 손상된 세포 및 주변 세포를 모두 손실시킵니다.
Apoptosis 과정은 특정 형태학적 특징으로 설명됩니다. 이러한 과정에는 원형질막의 변화(예: 막 대칭 상실 및 막 부착 상실), 세포질과 핵의condensation, 단백질 절단 및 DNA의 뉴클레오솜간(internucleosomal) DNA절단이 됩니다. 마지막 단계에서 죽어가는 세포는 쪼개진 세포 사멸체( apoptotic bodies)가 되고, 주변 세포에 대한 심각한 염증성 손상 없이 포식세포에 의해 제거됩니다.
그러나 apoptosis 특징을 보이지 않는 세포 유형도 있습니다. 이 경우 세포사멸 메커니즘을 확인하기 위해 apoptosis의 다양한 측면을 분석할 필요가 있을 수도 있습니다.
이렇게 다양하게 사항을 지원하기 위해 BD Biosciences는 apoptosis 과정의 여러 단계에서 지표를 측정할 수 있는 apoptosis 측정 도구와 기술 을 제공합니다.
참고문헌
- Pack LR, Daigh LH, Meyer T. Putting the brakes on the cell cycle: mechanisms of cellular growth arrest. Curr Opin Cell Biol. 2019; 60:106-113. doi: 10.1016/j.ceb.2019.05.005
- Pistritto G, Triscuiuoglio D, Ceci C, et al. Apoptosis as anticancer mechanism: function and dysfunction of its modulators and targeted therapeutic strategies. Aging. 2016;8(4):603-619.
doi: 10.18632/aging.100934
- Romar G, Kupper T, Divito S. Research techniques made simple: Techniques to assess cell proliferation. J of Investigative Dermatol. 2016;136(7):E1-E7.
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