2. Mechanisms of Development(세포 발달 메커니즘)

전문화(Specialization): 세포가 특정 기능을 수행하도록 변화하는 과정을 말합니다. 이는 결정(determination)과 분화(differentiation)라는 두 가지 과정을 통해 이루어집니다.

1. 결정(Determination): 결정은 세포가 특정 세포 계통으로 전환함을 의미합니다. 이는 세포 분열 과정에서 세포 소재의 불균등한 분배(uneven segregation of cellular material) 또는 형태형성물질(morphogens)을 통해 이루어집니다. 결정된 세포는 아직 그 특성이 완전히 바뀌지 않았을 수 있지만, 그 세포의 운명은 이미 결정된 상태입니다.
2. 분화(Differentiation): 분화는 세포가 결정된 세포 계통에 적합한 특성을 취하도록 변화하는 과정을 말합니다. 이는 세포 내 유전자의 선택적 활성화 및 비활성화(selective transciptioin-세포가 그 세포 유형에 특정한 기능을 가지기 위해 필요한 특정 유전자들만을 활성화하는 과정)를 통해 이루어지며, 이로 인해 세포는 특정한 기능을 가지게 됩니다. 예를 들어, 일부 세포는 신경 세포로, 다른 세포는 피부 세포로 분화될 수 있습니다.

줄기세포(Stem cell): 생물체의 발달과 성장 과정에서 중요한 역할을 하는 특수한 세포 유형입니다. 이들은 아직 특정한 세포 유형으로 분화되지 않은 상태이며, 자기갱신 능력이 있어 계속해서 새로운 세포를 생성할 수 있습니다. 또한 주어진 적절한 조건하에서 다양한 유형의 세포로 분화할 수 있는 능력을 가지고 있습니다.

줄기세포는 그들의 분화 가능성에 따라 다음 세가지로 분류될 수 있습니다.

 

1. 만능성 줄기세포(Totipotent stem cells) : 이들은 세포분열을 통해 생명체의 모든 세포 유형으로 분화할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 심지어는 태반과 같은 유체 구조도 형성할 수 있습니다. 예를 들어, 수정된 직후의 초기 단계의 배아는 만능성을 가진 줄기세포로 구성되어 있습니다.
2. 다능성 줄기세포(Pluripotent stem cells) : 이들은 생명체의 거의 모든 세포 유형으로 분화할 수 있는 능력을 가지고 있지만, 태반과 같은 유체 구조를 형성하는 데에는 한계가 있습니다. 배아줄기세포(Embryonic stem cells)가 대표적인 다능성 줄기세포입니다.
3. 다부분성 줄기세포(Multipotent stem cells) : 이들은 특정 세포 계통에 속하는 세포 유형들로만 분화할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 예를 들어, 헤마토포이에틱 줄기세포는 레드혈구, 백혈구, 혈소판 등의 특정 혈액 세포로만 분화할 수 있습니다.

세포간 통신(Cells cummuncation):물체의 다양한 생리적 및 생물학적 기능을 조절하는 데 있어 핵심적인 역할을 합니다. 유도인자(Inducer)는 반응능력이 있는 셀(responder)에 분화(differentiation)를 촉진하는 요인을 방출합니다.

 

세포 간 통신은 아래와 같은 주요 신호 전달 방법으로 분류할 수 있습니다:

1. 자기작용 신호 (Autocrine signals): 세포가 생성한 신호 물질이 동일한 세포 또는 동일한 유형의 다른 세포에 영향을 미칩니다. 이런 방식의 통신은 종종 세포의 성장, 생존, 그리고 분열을 조절하는데 사용됩니다.
2. 주변 작용 신호 (Paracrine signals): 이는 세포가 생성한 신호 물질이 근접한 세포에 영향을 미치는 방식입니다. 이러한 방식의 통신은 종종 국부적인 반응, 예를 들어 손상된 조직의 치유 또는 염증 반응을 조절하는데 사용됩니다.
3. 이웃 작용 신호 (Juxtacrine signals): 이는 물리적인 접촉을 통해 이웃하는 세포에 영향을 미치는 방식입니다. 이러한 신호는 종종 세포 붙임 신호나 세포-세포 상호 작용을 통해 전달됩니다.
4. 내분비 신호 (Endocrine signals): 이는 신호 물질인 호르몬을 통해 장거리의 세포에 영향을 미치는 방식입니다. 호르몬은 특정 세포에서 분비되어 피를 통해 몸 전체로 운반되며, 특정 수용체를 가진 세포에만 영향을 미칩니다.

세포 이동 (Cell migration): 이는 세포가 자신의 올바른 위치에 도달하기 위해 필요한 과정입니다. 예를 들어, 발달하는 생명체에서, 세포들은 특정 장기나 조직을 형성하기 위해 종종 이동해야 합니다. 세포 이동은 세포 구조의 변화, 그리고 특정 신호 분자에 의해 유도될 수 있습니다.

 

세포사멸 (Apoptosis): 이는apoptotic bleb formation을 통해 프로그램된 세포 죽음을 의미하며, 이를 통해 생명체는 불필요하거나 손상된 세포를 제거합니다. 세포사멸은 생명체가 자신의 "재정비"를 위해 이용하는 하나의 전략이라고 할 수 있습니다. 이 과정은 해부학적 구조를 '조각내는' 데도 사용됩니다. 예를 들어, 초기에는 연결된 손가락 사이의 피부를 제거하여 개별적인 손가락을 형성합니다.

 

재생 능력 (Regenerative capacity): 이는 생명체가 일부 신체 부위를 재생하는 능력을 의미합니다. 모든 생명체가 동일한 재생 능력을 가지는 것은 아닙니다. 예를 들어, 간은 높은 재생 능력을 보이지만, 심장은 낮은 재생 능력을 보입니다. 이것은 더 큰 맥락에서, 세포의 종류, 그리고 그 세포가 속한 생명체의 종류에 따라, 세포의 능력이 크게 다를 수 있음을 보여줍니다.

 

세포 노화 (Senescence): 이는 세포의 노화를 설명하는 용어로, 여러분자 및 대사 과정의 결과입니다. 가장 주목할 만한 것은, 세포 분열 동안 텔로미어 (세포의 염색체 끝을 보호하는 구조)가 단축하는 것입니다. 이 과정은 세포의 수명을 제한하며, 노화 및 일부 질병과 연관되어 있습니다. 이러한 이해는 생물학, 특히 세포 생물학 및 분자 생물학의 핵심적인 부분입니다.