세포운명결정

발달 생물학 분야 내에서, 한 가지 목표는 특정한 세포가 어떻게 운명 결정이라고 알려진 최종 세포 유형으로 발전하는지를 이해하는 것이다. 배아 내에서, 몇몇 과정은 유기체를 만들기 위해 세포와 조직 수준에서 작용한다. 이러한 과정에는 세포 확산, 분화, 세포 이동 및 프로그램된^[1] 세포 사망이 포함된다.^[2][3] 배아의 각 세포는 단백질, RNA 그리고 심지어 표면 상호작용의 형태로 이웃 세포로부터 분자 신호를 받는다. 거의 모든 동물들은 매우 초기 발달 동안 유사한 일련의 사건들을 겪는데, 이것은 발생 발생이라고 알려진 보존 과정이다.^[4] 발생시 세포는 세 개의 세균 층으로 존재하며, 기식을 겪는다. 발생생식은 1세기 이상 연구되어 왔지만, 과학자들이 동일한 단백질과 mRNA의 기본 집합이 발생생식에 관여한다는 것을 발견한 것은 최근(지난 25년 정도)에 불과했다. 진화보존은 파리(드로소필라 멜라노가스터), 쥐(무스무스무스쿨러스), 기타 유기체 등의 모형체계가 발생과 발달생물학을 연구하는 모델로 활용되는 이유 중 하나이다. 모델 유기체를 연구하는 것은 인간을 포함한 다른 동물들과 관련된 정보를 제공한다. 서로 다른 모델 시스템을 연구하는 동안, 세포의 운명은 여러 가지 방법을 통해 결정된다는 것이 발견되었는데, 그 중 두 가지는 세포가 가지고 있는 전사 인자의 조합과 세포와 세포의 상호작용에 의해 결정된다.^[5] 세포의 운명 결정 메커니즘은 자율적으로 지정된 세포, 조건부로 지정된 세포 또는 시냅스 지정 세포의 세 가지 유형으로 분류되었다. 나아가 세포의 운명은 주로 세포 절제술과 이식이라는 두 가지 유형의 실험을 이용하여 결정되었다.^[6] 이러한 실험에서 얻은 결과는 검사된 세포의 운명을 확인하는 데 도움이 되었다.

세포운명

GFP를 포함한 새로운 분자 도구의 개발과 형광 현미경을 포함한 영상 기술의 주요 발전은 배아를 포함한 선충의 세포 혈통을 매핑하는 것을 가능하게 했다.^[7][8] 운명 매핑의 이 기법은 세포가 특정 기능을 구별하고 얻을 때 세포 연구에 사용된다. 발생 과정에서 구별되는 셀을 관찰하는 것만으로도 규격을 구동하는 메커니즘에 대한 지표가 제공되지 않는다. 유전자와 단백질의 녹다운, 녹아웃, 과다압박을 포함한 분자 기법의 사용은 운명의 결정 메커니즘에 대한 조사를 가능하게 한다.^{[9][10][11][12][13]} 실시간 콘코칼로리 현미경 및 초해상도 현미경을^[14] 포함한 영상 도구의 개선은 대조군과 비교하여 실험적으로 조작한 세포의 분자 변화를 시각화할 수 있게 한다. 이식 실험도 유전자 조작과 혈통 추적과 연계해 사용할 수 있다. 새로운 세포 운명의 결정 기법에는 유도성 크렉스 유전체 생쥐를 사용하여 수행되는 혈통 추적 기술이 포함되어 있는데, 뇌궁과 같은 리포터를 사용하여 특정 세포 집단을 실험적으로 매핑할 수 있으며, 뇌와 다른 조직에서 세포의 분화 경로를 따라 유용하다.^[15]

발생 동안, 많은 세포 분열의 경우(특정 개수는 유기체의 유형에 따라 달라진다) 배아의 모든 세포는 형태학적으로 그리고 발달적으로 동등할 것이다. 이것은 각 세포가 동일한 발전 잠재력을 가지고 있고 모든 세포는 본질적으로 상호 교환이 가능하기 때문에 동등성 집단을 형성한다는 것을 의미한다. 이러한 세포의 발달 동등성은 보통 이식 및 세포 절제 실험을 통해 확립된다. 배아가 성숙할수록 구조가 나타나면서 더욱 복잡한 운명 결정이 일어나고, 세포가 분화하면서 구체적인 기능을 수행하기 시작한다. 정상 조건에서 세포는 일단 특정한 운명을 가지고 세포 분화를 거친 후에는 일반적으로 덜 특정한 상태로 돌아갈 수 없지만, 새로운 연구는 상처 치유와 암을 포함한 특정한 조건 하에서 분화가 가능하다는 것을 보여준다.^[16][17]

특정한 운명에 대한 세포의 결정은 세포가 특정(확약)되거나 결정될 수 있는 두 개의 상태로 분해될 수 있다. 커밋되거나 특정된 상태에서는 세포 유형이 아직 결정되지 않고 특정 운명에 대한 세포의 어떤 편향도 뒤바뀌거나 다른 운명으로 변형될 수 있다. 세포가 결정 상태에 있으면 세포의 운명은 뒤바뀌거나 변형될 수 없다. 일반적으로 뇌세포로 분화하기로 결정된 세포가 피부세포로 변형될 수 없다는 뜻이다. 결정에는 분화, 생화학, 구조, 기능의 실제 변화 등이 뒤따르며, 그 결과 특정 세포형이 발생한다. 분화에는 기능뿐만 아니라 외모의 변화도 수반되는 경우가 많다.

사양 모드

특정 운명에 대해 셀이 지정될 수 있는 세 가지 일반적인 방법이 있다. 셀은 자율 규격, 조건 규격 및 동시 규격이다.^[18]

자율규격

이러한 유형의 규격은 세포 내 특성에서 비롯된다. 그것은 모자이크 개발을 야기한다. 세포 내성적 특성은 비대칭적으로 표현된 모성 세포질 결정체(단백질, 작은 규제 RNA, mRNA)를 가진 세포의 갈라짐에서 발생한다. 따라서, 세포의 운명은 갈라지는 동안 세포질에 분비되는 요인에 달려있다. 자율규격은 1887년 프랑스 의대생 Laurent Chabry가 튜니케이트 배아를 연구하면서 입증했다.^[19][20] 이 비대칭 세포분열은 보통 발생 초기에 발생한다.

긍정적인 피드백은 동질성에서 오는 비대칭을 만들 수 있다. 비대칭을 유발할 외부 또는 자극이 매우 약하거나 체계적이지 못한 경우, 긍정적인 피드백을 통해 시스템은 저절로 패턴화 될 수 있다. 일단 피드백이 시작되면, 작은 초기 신호는 확대되어 효과적인 패터닝 메커니즘을 생성한다.^[21] 이는 일반적으로 인접 셀이 억제 또는 유도 신호를 통해 규격을 유도하는 횡방향 억제의 경우에 발생한다(노치 신호 참조). 단일 세포 수준과 조직 수준에서 이러한 종류의 긍정적인 피드백은 대칭 파괴의 원인이 되는데, 대칭이 한번 깨지면 관련 세포들은 매우 다르게 된다. 대칭 파괴는 관련 셀 또는 셀이 다른 셀 운명에 대해 결정되는 바이스트 가능 또는 다중 가능 시스템으로 이어진다. 결정된 세포들은 초기 자극/초기 신호가 사라진 후에도 특정한 운명에 계속 머물러 세포들에게 그 신호에 대한 기억을 준다.^[21]

자율적으로 지정된 세포를 강조하는 세포 절제 및 격리의 구체적인 결과는 다음과 같다. 특정 세포에서 조직을 절제하면 세포에 빠진 부분이 생긴다. 그 결과, 세포가 빠진 부분을 보충할 수 없었기 때문에 제거된 조직이 자율적으로 지정되었다. 게다가, 만약 특정 세포들이 전체 구조로부터 페트리 접시에 격리되었다면, 이 세포들은 여전히 그들이 처음에 형성하려고 했던 구조나 조직을 형성할 것이다.^[18][19][22] 즉, 특정 조직을 형성하려는 신호는 중심 기관이나 시스템에서 오는 것이 아닌 조직 내에 있는 것이다.

조건부 명세서

자율규격과는 대조적으로, 이러한 유형의 규격은 세포 사이의 단서와 상호작용 또는 형태균의 농도중심에서 나오는 세포외적 과정에 의존하는 것이다. 이웃 세포들 사이의 귀납적 상호작용은 가장 흔한 조직패터닝 방식이다. 이 메커니즘에서, 동일한 발달 잠재력을 가진 세포 그룹의 하나 또는 두 개의 세포가 그룹 외부의 신호(모르포겐)에 노출된다. 신호에 노출된 세포만이 다른 발달 경로를 따르도록 유도되어 나머지 동등성 집단은 변경되지 않는다. 세포의 운명을 결정하는 또 다른 메커니즘은 지역적 결정이다(지역 명세 참조). 이름에서 암시하듯이, 이 규격은 배아 내에서 세포가 위치하는 위치에 기초하여 발생하며, 위치 값이라고도 한다.^[23] 이것은 병아리 배아의 앞 허벅지 부위에서 중추를 떼어내어 날개 부위로 이식하고 날개 조직으로 변형하지 않고 발가락 조직으로 변형되었을 때 처음 관찰되었다.^[24]

조건부로 지정된 셀에서 지정된 셀은 외부 셀로부터의 신호를 필요로 한다. 따라서 조직이 축열된 경우 세포는 재생하거나 초기 축열된 조직을 개혁하기 위한 신호를 보낼 수 있게 된다.^[18][19][22] 또, 예를 들어 배 조직을 제거하여 등에 이식했다면, 새로운 형성 조직은 등 조직이 될 것이다.^[18][19][22] 이 결과는 주변의 세포와 조직이 새로 형성된 세포에 영향을 미치기 때문에 나타난다.

신시질 명세

이러한 유형의 명세는 곤충에서 발생하는 자율성과 조건부의 혼합물이다. 이 방법은 신시티움 내에서 모포겐 그라데이션의 작용을 포함한다. 시시티움에는 세포 경계가 없기 때문에 이들 형태균은 농도에 의존하는 방식으로 핵에 영향을 미칠 수 있다. 발파체의 세포화는 신체 부위의 규격화 도중이나 그 이전에 이루어진 것으로 밝혀졌다.^[25] 또한, 하나의 세포는 복수의 비핵세포의 융합으로 인해 둘 이상의 핵을 포함할 수 있었다. 결과적으로, 세포의 가변적인 갈라짐은 세포들을 하나의 세포 운명에 맡기고 결정하기가 어렵게 만들 것이다.^[22] 세포화가 끝나면 자율적으로 지정된 세포와 조건부로 지정된 세포가 한 번 구별된다.

참고 항목

식물 발생, 아라비도프스의 세포 통신인 Lau S 등을 참조하라. 초기 발생 발생. Eur J Cell Biol 2010, 89:225-230.^[26]

모포겐 신호 전달 및 개발 역사의 일부에 대한 좋은 리뷰는 Briscoe J, 등급 매기기: 소닉 고슴도치 신호 전달과 신경 세포 운명의 제어.^[27]

시스템 생물학에서, 세포-운명의 결정은 유인-융합(유인자가 평형점, 한계주기 또는 이상한 유인원이 될 수 있음)이나 진동과 같은 특정한 역학을 나타낼 것으로 예측된다.^[28]

참조