[발생생물학] 1.2 : 발생유전학의 핵심 메커니즘 - 3

 

 

 

이전 포스트에 이어서 살펴보자.

 

 

우선 determination(세포 결정)과 specification(특수화)을 구분해보자. determination은 어떠한 세포가 특정 세포로 분화하는 것이 확실하게 정해진 경우를 말함. (주변 환경이 변하더라도 이미 determination된 세포는 예정된 대로 differentiation됨) 한편 specification(특수화)은 두 종류로 나뉘는데, conditional specification(조건부 특수화)과 autonomous specification(자동적 특수화)이 그것임.

 

 

자동적 특수화는 거의 determination과 다를 바 없는데, 발생 과정에서 각 할구들의 운명이 이미 예정되어 있음. 다만, 인위적으로 세포 내부의 단백질 발현을 직접 조절하면 그 할구가 다른 세포로 분화할 수도 있긴 함. 조건부 특수화는 할구들이 주어진 조건에 따라 변할 수 있게 됨.

 

 

많은 연구를 통해 무척추동물에서는 주로 자동적 특수화가 나타나며 척추동물에서는 주로 조건부 특수화가 나타남이 확인됨. (조건부 특수화를 갖는 동물은 초기 배아에서는 할구들이 어떤 세포로든 분화할 수 있는 분화능을 가지나, 활발한 세포이동을 통해 세포가 단계적으로 분화함. 한편 자동적 특수화를 갖는 동물은 난자의 세포질 성분이 불균등하게 위치함. 이 때 세포의 이동은 제한적임)

 

 

 

 

 

위 그림은 결정과 특수화를 나타내주는 매우 좋은 그림 중 하나임. 이 때 fate map은 운명 지도로, 위 그림에서는 노란색 세포는 노란색으로, 초록색 세포는 초록색으로 될 ‘운명’으로 생각하면 됨. 이 때 normal fate를 보면 노란색 부분은 성체가 되면서 육각형 모양이 되고, 초록색 부분은 성체가 되면서 사각형 모양이 됨.

 

 

이제 Region B가 not determined인 경우를 먼저 살펴보자. 이 경우 B 부분을 A부분으로 일부 graft(이식)할 시 아직 B 부위의 determination이 일어나지 않았으므로 A의 주변 세포 영향을 받아 이식된 부위도 육각형이 됨. 한편 Region B가 determined인 경우를 보자. 이 경우 이식 시 이미 determination이 일어났으므로 주변의 A세포에 의해 영향을 받았음에도 이식된 부위는 사각형이 됨. 한편 맨 오른쪽 그림은 specified된 B cell의 일부를 그냥 때놓은 다음 사각형으로 분화되는 것을 확인한 것임.

 

 

앞서 살펴본 것처럼 specification은 100% 결정된 것이 아니고 주변 세포에 의해 영향을 받으므로 specification이 일어난 cell을 A cell 중간에 집어넣게 되면 determination된 cell을 graft한 경우와는 달리 주변세포의 영향을 받아 육각형이 될 것임. (물론 자동적 특수화가 일어났다면 이야기는 달라짐)

 

 

 

한편, determination이 일어나는 시기에 따라 그 예정역이 가변적인 경우가 대부분임. (즉, 결정의 시기가 매우 중요함) 참고로 예정역(Presumptive region)은 앞으로 특정 기능을 하게끔 특화될 부위를 이르는 말임.

 

 

 

이와 관련된 예시를 살펴보자.

 

 

 

 

 

위 그림에서 나타낸 실험은 양서류에게 수행되었으며, 초록색으로 표시된 presumptive eye region(눈이 될 것으로 예정된 부위)을 또 다른 배아의 neurula 상태에 이식하는 실험임. 이 때 가운데 나타난 실험에서는 gastrula 상태에서 presumptive eye region을 추출하였고, 맨 밑에 나타난 실험에서는 neurula 상태에서 presumptive eye region을 추출해서 host neurula에 이식함.

 

 

그 결과 중간 실험에서는 이식 부위에서 눈이 발생하지 않았으며 마지막 실험에서는 이식 부위에서 눈과 유사한 cell들이 생김. 즉, presumptive eye region이라고 해서 처음부터 100% 눈이 되게끔 예정되어 있는 것이 아니고 neurula(신경엽) 상태가 되어야 비로소 눈이 되게끔 확정됨.

 

 

 

 

다음으로 inducive signaling에 대해 알아보자.

 

 

inductive signaling은 크게 아래와 같은 3가지 방식에 의해 이루어짐.

 

 

 

 

diffusion의 경우 말 그대로 확산에 의해 특정 물질이 밖으로 배출되고 이것이 다른 cell 표면에 있는 receptor에 의해 인식되는 방식임. direct contact의 경우 두 cell의 막 단백질이 직접적으로 부착하게 되고 이를 바탕으로 cell 간 소통이 이루어지는 방식임. 마지막으로 gap junction은 그림의 맨 아래에 나와 있는 것처럼 두 세포 사이에 tunnel이 뚫려 이곳으로 직접 물질 이동이 이루어짐으로써 세포 간 소통이 이루어지는 방식임.

 

 

한편 가장 흔한 cell signaling 과정들을 아래 그림에서 요약해 놓음.

 

 

 

 

 

두 번째 그림은 receptor에 ligand가 붙음으로써 relay phosphorylation이 일어나 결과적으로 TF도 인산화되어 활성화되는 것을 묘사함. 세 번째 그림은 receptor의 활성화에 의해 signaling complex의 일부가 떨어져 나와 핵으로 간 다음 이 녀석이 TF로 기능하는 것을 묘사함. 네 번째 그림은 direct cell-cell contact 시 사용되는 단백질의 intracellular part가 끊어져 핵으로 간 다음 co-activator 역할을 하는 것을 묘사함.

 

 

 

 

다음 포스트에서 이어서 살펴보자.