단편화(세포생물학)

Fragmentation (cell biology)

세포 생물학에서, 단편화가 세포에 유용한 방법: DNA 복제와 세포 사멸.DNA 복제무성 생식이나 동일한 DNA 분자의 생성에 중요하며, 세포에 의해 또는 실험실 연구자에 의해 의도적으로 수행될 수 있다.세포사멸은 세포와 그 안에 있는 DNA 분자의 프로그램된 파괴로, 규제가 심한 과정이다.세포 공정에서 조각화가 사용되는 이 두 가지 방법은 세포와 함께 수행되는 일반적인 실험실 절차와 정상적인 세포 기능을 설명한다.그러나 세포 내의 문제들은 때때로 적혈구 분열과 정자 세포 DNA 분열과 같은 불규칙한 결과를 초래하는 분열의 원인이 될 수 있다.null

DNA 복제

DNA 복제는 생식 목적으로 세포에 의해 자연적으로 수행될 수 있다.이것은 무성생식의 한 형태로서, 유기체가 산산조각으로 갈라지고 나서 이 조각들 각각은 원래의 유기체의 복제인 성숙하고 완전히 성장한 개인으로 발전한다(생식 단편화 참조).DNA 복제는 또한 실험실 연구자들에 의해 의도적으로 수행될 수 있다.여기서 DNA 조각화는 연구자들이 재조합 DNA 기술을 사용하여 동일한 DNA 분자를 대량으로 준비할 수 있도록 하는 분자 유전기술이다.DNA 복제가 완료되기 위해서는 특정 유전자를 구성하는 유기체의 DNA의 이산하고 작은 영역을 확보해야 한다.오직 비교적 작은 DNA 분자만이 이용 가능한 벡터 안에서 복제될 수 있다.따라서, 유기체의 게놈을 구성하는 긴 DNA 분자는 벡터 DNA에 삽입될 수 있는 조각으로 쪼개져야 한다.[1]두 가지 효소는 그러한 재조합 DNA 분자의 생성을 촉진한다.

1. 제한효소
제한효소는 일반적으로 작은 염기쌍 염기서열(제한 부위라고 함)을 인식한 후 이 부위에서 두 가닥의 DNA를 분리한 박테리아에 의해 생성되는 내핵물질이다.[2]제한 부위는 일반적으로 팔린드로믹 시퀀스로, 이는 제한 부위 시퀀스가 5에서 3의 방향으로 읽었을 때 DNA의 각 가닥에서 동일하다는 것을 의미한다.null
각각의 제한 효소에 대해 박테리아는 또한 수정 효소를 만들어 숙주 박테리아의 DNA가 갈라짐으로부터 보호되도록 한다.이것은 각 잠재적 갈라짐 지점 또는 그 근처에서 호스트 DNA를 수정함으로써 이루어진다.수정 효소는 1, 2개의 염기에 메틸 그룹을 더하며, 이 메틸 그룹의 존재는 제한 엔도누클리스가 DNA를 절단하는 것을 막는다.[3]
A
끈적끈적한 끝을 만드는 컷
A
끝이 뭉툭한 컷
많은 제한 효소들이 그들의 인식 부위의 두 DNA 가닥에 시차적으로 절단을 하는데, 이것은 끈적끈적한 끝이라고 불리는 양 끝에 걸려 있는 하나의 고립된 "꼬리"로 파편을 생성한다.제한 효소는 또한 인식 부위에서 두 개의 DNA 가닥을 직선으로 절단할 수 있으며, 이는 끝이 뭉툭하게 생성된다.[4]
2. DNA 리가아제
정상적인 DNA 복제 과정에서 DNA 리가제는 오카자키 파편이라고 불리는 DNA의 짧은 파편들의 단대단 결합(배합)을 촉진한다.DNA 복제를 위해 정제된 DNA 리가제는 제한 파편의 끝과 보완적인 끝을 가진 벡터 DNA를 공동 결합하는 데 사용된다.그것들은 표준 3'에서 5'의 DNA 인광 결합을 통해 공동 결합된다.[5]
DNA 리가아제는 보완적인 끈적끈적하고 뭉툭한 을 휘감아줄 수 있지만, 무딘 끝의 결찰은 비효율적이며 끈적끈적한 끝의 결찰보다 더 높은 DNA와 DNA 리가아제의 농도를 필요로 한다.[6]이런 이유로 DNA 복제에 사용되는 대부분의 제한효소는 끈적끈적한 끝을 만들기 위해 DNA 가닥에 시차적인 절단을 만든다.

DNA 조각을 복제하는 열쇠는 그것을 숙주 세포 내에서 복제할 수 있는 벡터 DNA 분자와 연결시키는 것이다.단일 재조합 DNA 분자(벡터+삽입 DNA 파편 조합)가 숙주세포에 유입된 후, 삽입된 DNA를 벡터와 함께 복제할 수 있어 다수의 동일한 DNA 분자가 생성된다.[7]이를 위한 기본 체계는 다음과 같이 요약할 수 있다.

벡터 + DNA 조각
재조합 DNA
호스트 셀 내의 재조합 DNA 복제
정제된 DNA 조각의 격리, 염기서열 및 조작

이 계획에는 수많은 실험적인 변화가 있지만, 이러한 단계는 실험실의 DNA 복제에 필수적이다.[8]null

사멸

분열은 세포가 세포사멸(조직의 오른쪽) 동안 분해하는 세 번째이자 마지막 단계다.[9]

세포사멸(apoptosis)은 프로그램된 세포사멸의 특정한 형태에 의해 세포가 소멸되는 것을 말하며, 형태학적 변화의 순서가 잘 정의된 것이 특징이다.[10]세포와 핵의 수축, 염색질 응축과 분열, 주변 세포에 의한 세포체 형성, 세포세포 분열의 주요 형태학적 변화를 특징으로 한다.[11]세포사멸 중 광범위한 형태학적, 생화학적 변화는 죽어가는 세포가 이웃 세포나 조직에 최소한의 영향을 남기는 것을 보장한다.null

세포사멸 제어에 관여하는 유전자는 세 가지 뚜렷한 기능을 가진 단백질을 암호화한다.[12]

  • 세포가 세포사멸 과정을 시작하려면 "킬러" 단백질이 필요하다.
  • "파괴" 단백질은 죽어가는 세포에서 DNA를 소화시키는 것과 같은 일을 한다.
  • 다른 세포에 의해 죽어가는 세포의 포자세포 분열에 "잉황" 단백질이 필요하다.

염색체 DNA가 더 작은 조각으로 갈라지는 것은 세포사멸의 필수적인 부분이며, 생화학적 특징이다.세포사멸은 180 염기쌍의 파편이나 180 염기쌍의 배수로 이어지는 염색질 DNA의 파편과 함께 엔도뉴클레아제의 활성화를 포함한다(예: 360, 540).이러한 단편화 패턴은 젤 전기영동, TUNEL 검사 또는 니코레티 검사와 같은 테스트에서 사멸을 감지하는 데 사용될 수 있다.[13]세포핵 분열은 Caspase-activated DNase (CAD)라는 효소에 의존한다.[14] CAD는 보통 Caspase-activated DNase (ICAD)라고 불리는 세포 내의 또 다른 단백질에 의해 억제된다.[15]세포사멸이 시작되기 위해, caspase 3라고 불리는 효소는 CAD가 활성화되도록 ICAD를 분해한다.그런 다음 CAD는 염색질에서 180 염기쌍 간격으로 발생하는 뉴클레오솜 사이에서 DNA를 분리한다.뉴클레오솜 사이의 부위는 CAD에 노출되고 접근 가능한 DNA의 유일한 부분이다.[16]null

부정행위

DNA 조각화는 몇 가지 다른 세포 유형의 특정 조건에서 발생할 수 있다.이것은 세포에 문제를 일으킬 수도 있고 세포가 세포사멸 신호를 받게 할 수도 있다.아래는 세포에서 발생할 수 있는 불규칙적인 분열의 몇 가지 예들이다.null

1. 적혈구 파편화
A
용혈성 빈혈에 걸린 환자에게서 혈액이 번져 분열구가 나타난다.
분열된 적혈구는 분열세포로 알려져 있으며 일반적으로 적혈구에 대한 세포내 기계적 손상의 결과물이다.[17]매우 다양한 분열세포가 관찰될 수 있다.슈리스토세포는 보통 비교적 낮은 숫자로 나타나며, 일반적으로 매끄러운 내피 안감, 즉 내피질이 거칠거나 불규칙하며/또는 혈관 루멘이 섬유 가닥에 의해 교차되는 조건과 관련이 있다.[18]분열세포는 용혈성 빈혈이 있는 환자에게서 흔히 볼 수 있다.그것들은 또한 철분결핍증 발달의 특징이지만, 이 경우 관찰된 단편화는 이러한 조건에서 생성된 세포의 파괴한도의 결과일 가능성이 크다.
2. 정자 세포 DNA 조각
평균적인 남성의 경우, 그의 정자 세포의 4% 미만이 조각난 DNA를 포함할 것이다.그러나 흡연과 같은 행동에 참여하는 것은 정자 세포의 DNA 조각화를 현저하게 증가시킬 수 있다.DNA 조각의 비율과 정자의 운동성, 형태학, 농도 사이에는 부정적인 상관관계가 있다.조각난 DNA를 함유하고 있는 정자의 비율과 수정률과 배아 갈라짐률 사이에는 부정적인 연관성도 있다.[19]

참조

  1. ^ 로디시, 하비, 아놀드 버크, 크리스 A.카이저, 몬티 크리거, 앤서니 브레츠허, 히드 플뢰그, 안젤리카 아몬, 매튜 P. 스콧.분자 세포 생물학.7부.뉴욕: W.H. Freeman 그리고 2013년.인쇄하다.
  2. ^ 라오, 데시라즈 N, 스와티 사하, 비니타 크리슈나무르시."ATP 의존 제한 효소."핵산 연구와 분자 생물학의 진보 64: 1-63.인쇄하다.
  3. ^ 라오, 데시라즈 N, 스와티 사하, 비니타 크리슈나무르시."ATP 의존 제한 효소."핵산 연구와 분자 생물학의 진보 64: 1-63.인쇄하다.
  4. ^ 로디시, 하비, 아놀드 버크, 크리스 A.카이저, 몬티 크리거, 앤서니 브레츠허, 히드 플뢰그, 안젤리카 아몬, 매튜 P. 스콧.분자 세포 생물학.7부.뉴욕: W.H. Freeman 그리고 2013년.인쇄하다.
  5. ^ 톰킨슨, 앨런 E, 재커리 B.맥키."유방종 DNA 리가스의 구조와 기능."돌연변이 연구/DNA 수리 407.1(1998): 1-9. 인쇄
  6. ^ 흥, 미엔치, 피터 C.웬싱크."다른 제한 효소 생성 끈끈한 DNA 끝은 체외에서 결합할 수 있다."핵산 연구 12.4 (1984년): 1863-874.인쇄하다.
  7. ^ "Ch 20" 아보나프비오 / N.P. N.D. 웹. 2012년 11월 20일.<http://avonapbio.pbworks.com/w/page/9429274/Ch%2020>.
  8. ^ 로디시, 하비, 아놀드 버크, 크리스 A.카이저, 몬티 크리거, 앤서니 브레츠허, 히드 플뢰그, 안젤리카 아몬, 매튜 P. 스콧.분자 세포 생물학.7부.뉴욕: W.H. Freeman 그리고 2013년.인쇄하다.
  9. ^ Smith, Aaron; Parkes, Michael AF; Atkin-Smith, Georgia K; Tixeira, Rochelle; Poon, Ivan KH. "Cell disassembly during apoptosis". WikiJournal of Medicine. 4 (1). doi:10.15347/wjm/2017.008.
  10. ^ 로디시, 하비, 아놀드 버크, 크리스 A.카이저, 몬티 크리거, 앤서니 브레츠허, 히드 플뢰그, 안젤리카 아몬, 매튜 P. 스콧.분자 세포 생물학.7부.뉴욕: W.H. Freeman 그리고 2013년.인쇄하다.
  11. ^ 화, 장, 밍쉬. "아프옵토시스에서의 DNA 파편화"Cell Research 10(2000): 205-11.자연. 2000년 7월 17일.웹. 2012년 11월 19일.
  12. ^ 로디시, 하비, 아놀드 버크, 크리스 A.카이저, 몬티 크리거, 앤서니 브레츠허, 히드 플뢰그, 안젤리카 아몬, 매튜 P. 스콧.분자 세포 생물학.7부.뉴욕: W.H. Freeman 그리고 2013년.인쇄하다.
  13. ^ 보트너, 칼 D, 니클라스 B.E.올덴버그, 그리고 존 A.시들로스키."아프옵토시스에서의 DNA 조각화의 역할"Cell Biology 5.1 (1995)의 동향: 21-26.인쇄하다.
  14. ^ 조그, 닐락시 R, 로렌자 프리소니, 진시, 마크 모네스티에, 새리 에르난데스, 조 크래프트, 엘라인 T.롤링 프락, 로베르토 카리키오."Lupus Nuclear Autoantigens에 대한 내성 유지에 Caspase 활성화 DNase 필요"관절염과 류머티즘 64.4 (2012): 1247-256.인쇄하다.
  15. ^ 쿠츠허, 다니엘, 알프레드 핑구드, 알버트 젤츠치, 그레고르 메이스."카스파제 활성화 DNase 억제가 가능한 ICAD 유도 펩타이드의 식별." FEBS 저널 279.16(2012): 2917-928.인쇄하다.
  16. ^ 보트너, 칼 D, 니클라스 B.E.올덴버그, 그리고 존 A.시들로스키."아프옵토시스에서의 DNA 조각화의 역할"Cell Biology 5.1 (1995)의 동향: 21-26.인쇄하다.
  17. ^ 베스먼 JD "적혈구 파편화"원인 검출 및 식별 개선."미국 임상병리학 저널 90.3 (1988) : 268-73.인쇄하다.
  18. ^ "시스트모세포."슈이스트모세포.N.P., N.D. 웹. 2012년 11월 20일.<http://ahdc.vet.cornell.edu/clinpath/modules/rbcmorph/schisto.htm>.
  19. ^ Sun, J. G., A. Juriisicova, R. F. Casper."인간 정자에서 디옥시리보핵산 분쇄 검출: 체외 수정과의 상관관계"생식의 생물학 56.3 (1997년): 602-07.인쇄하다.