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cell-cycle control system(CCCS)
세포주기를 조절하고 관리하는 체계를 일컫는데, CCCS의 체계 하에서 세포주기의 단계를 조절하는 방법은 여러가지가 있다.
세포주기조절계에는 세포주기의 단계사이마다 확인점(Checkpoint)이 존재하며 이 확인점에서 각 분열단계로의 진입이 조절된다. 총 3군데의 확인점이 있어, 다음 단계로 넘어갈 준비가 완전히 되었는가의 여부가 확인된다.
- G1기와 S기 사이 - 주변 환경을 체크한다. Life 8판 원서에서는 Restriction point의 약어인 R로도 표현한다.
G1-S 검문지점에서 하기 쉬운 오해로 'G1-S 검문지점이 세포분열을 제한한다'가 있다. 하지만 사실은 그 반대이다. 세포분열을 저해하는 물질은 바로 RB라는 단백질이다. 이 단백질이 무력화되어야 세포 사이클이 S 페이즈로 넘어가는데, 이를 무력화시키는데 가장 중요한 역할을 하는 것이 바로 후술할 Cdk라는 효소이다.
사이클린(Cyclin)이라는 단백질은 Cdk(Cyclin dependent kinase)라는 효소와 결합한다. 이 단백질과 효소가 결합했을때 효소의 특정 부분(Life 8판에선 작용부분이라 묘사하였다)이 열린다. 이 키네이즈의 특정한 부분이 열리면 그 부분에 RB 단백질이 들러붙을 수 있게 된다. 키네이즈와 RB가 달라붙으면 키네이즈가 ATP에서 인산 하나를 떼어내어서 RB에 결합시킨다(인산화). 이렇게 RB가 인산화 되어야지만 무력화되며 주기가 정상적으로 다음 페이즈로 넘어간다. 이 때문에 Life 8판에선 "이 이중 부정에 주의하십시오"라고 한다. (무력화시키는 단백질을 무력화해야 사이클이 정상적으로 진행된다)
- G2기와 분열기 사이 - 모든 DNA가 복제되었는지, 환경은 적합한가를 확인한다.
- 중기와 후기 사이 - 가장 중요한 확인점. 후기가 끝날 때 쯤 방추체가 딸 염색체에 연결되는데, 이 연결에 문제가 있으면 염색체가 분열이 안 되어야 한다. 만약 문제가 생기면 유전병으로 직행한다.
Cdks(사이클린 의존 인산화효소Cyclin-dependent kinases)는 CCCS에서 가장 중요한 효소 중 하나로, 사이클린(Cyclin)이라는 단백질과 결합하여 사이클린-Cdk 복합체라는 구조체를 형성하면 세포주기를 다양한 방면에서 조절할 수 있게 된다.
Cdks은 종류가 하나뿐이지만, 사이클린은 G1, G1/S, S, M의 4종류가 있어, 각각의 종류가 Cdks와 결합할때마다 다른 기능을 발현한다임펄스 건담을 생각하면 대략 적절하다
- G1 cyclin은 G1 후기에 발현되어 G1/S cyclin의 활성을 유도한다.
- G1/S cyclin은 G1 후기에 발현되어 세포를 성장시킨다.
- S cyclin은 G1 후기에 발현을 시작하여, G1/S 확인점에서 최대로 발현돼, 염색체의 복제를 도운다.
- M cyclin은 G2 초기에 발현을 시작하여, G2/M 확인점에서 최대로 발현돼, 세포분열을 진행하도록 한다. 이 사이클린-Cdks 복합체는 최초로 발견된 것으로 MPF라고도 불린다
상기했다시피, 사이클린-Cdks 복합체는 사이클린이 바뀔 때 마다. 다른 효소들을 인산화하여 활성화해, 다른 세포주기를 유도한다. 그런데 같은 사이클린과 결합한 Cdks가 서로 다른 효소를 인산화하는 경우도 있다. 이는 세포주기가 진행함에 따라 cyclin-Cdks 복합체의 표적이 되는 효소들의 농도가 계속 변화하기 때문인 것으로 축정된다.
Cdk는 물론 보통 상태에서도 사이클린과 결합할 수는 있지만, 완전한 기능을 발휘하기 위해서는 Cdk 활성화효소(CAK)의 도움을 받아야 한다.
그리고 CAK와는 반대로 기능을 방해하는 효소들도 물론 있는데, Cdk 억제효소(CKI)라는 단백질은 Cyclin-Cdks 복합체의 구조를 변화시켜서, Wee1 kinase는[1] Cdk의 활성화자리에 인산화를 시켜서 Cyclin-Cdks 복합체의 기능을 저해한다.
APC/C(cyclosome, anaphase-promoting complex)는 사이클린-Cdks 복합체 중 중기-후기의 확인점을 관할하는 복합체이다.
APC/C는 유비퀴틴화 반응을 일으키는데,[2] 그 목표 중 하나는 securin 그리고 다른 두 개는 S cyclin과 M cyclin.
Securin은 세포분열 초기, 중기에서 쌍염색체를 서로 붙잡아두는 단백질로, 이것을 파괴해야 말기로 넘어갈 수 있다. S와 M 사이클린의 파괴 역시 M기의 완료를 위해 필수적이다.
특이하게, APC/C의 기능을 활성화시키는 활성제는 세포주기 에 따라 다른데, 후기에서는 Cdc20을, 중기나 말기에서는 Cdh1이 그 역할을 맡는다.