세포 사멸 중 세포 자멸사에 대해 다뤄보겠습니다.
세포 자멸사 (Apoptosis)
계획된 세포 사멸
세포 자멸사(Apoptosis)는 세포가 계획적으로 사멸하는 과정으로 일종의 ‘프로그래밍된 죽음;입니다.입니다. 이는 세포가 더 이상 필요하지 않거나, 손상되었을 때 세포 스스로 죽음을 선택하여 효율적으로 제거됩니다. 세포 자멸사는 주로 생리적인 과정에서 발생하며, 주변 조직에 손상을 주지 않고 세포가 깔끔하게 제거됩니다.
세포 자멸사의 예시
- 태아 발달과정에서 세포 제거: 배아가 성장하면서 불필요한 조직과 세포가 자멸사로 제거되어, 정상적인 기관과 구조가 형성됩니다.
- 손상된 세포 제거: DNA가 손상되었거나 비정상적인 세포가 자멸사를 통해 제거되지 않으면, 암으로 발전할 수 있습니다.
- 면역 반응 조절: 바이러스에 감염된 세포나 비정상적인 면역 세포도 자멸사를 통해 제거됩니다.
세포 자멸사의 특징
- 세포 수축: 자멸사는 세포가 수축하고, 핵과 세포질이 파괴되기 시작합니다.
- 아폽토시스 소체 형성: 세포가 여러 작은 소체들로 분해됩니다.
- 염증 반응 없음: 자멸사 과정에서는 염증 반응이 일어나지 않으며, 대식세포에 의해 죽은 세포 잔해가 처리됩니다.
세포 자멸사의 과정
- 세포 수축 및 핵의 변화: 자멸사가 시작되면, 세포는 크기가 줄어들고, 핵은 농축되며 세포 내부 구조가 분해됩니다. 이 과정에서 세포는 자연스럽게 작아지며, 주변에 염증 반응을 일으키지 않습니다.
- 아폽토시스 소체 형성: 세포는 여러 작은 소체들로 나뉘어 파편화되며, 각각의 소체는 세포막으로 둘러싸여 있습니다. 이 소체들은 대식세포에 의해 빠르게 처리되어, 주변 조직에 영향을 주지 않고 안전하게 제거됩니다.
- 염증 반응 없음: 자멸사는 염증을 일으키지 않는 것이 특징입니다. 이는 세포가 질서정연하게 분해되고, 세포 잔해가 적절히 처리되기 때문입니다. 반면, 다른 세포 죽음 방식인 괴사(Necrosis)에서는 세포막이 붕괴되고 염증 반응이 발생합니다.
생화학적 경로 : Caspase 활성화가 중요하다!
세포 자멸사는 카스페이스(caspase)라는 효소에 의해 시작됩니다. 카스페이스는 세포 내부의 단백질과 DNA를 분해하는 역할을 하며, 이를 통해 세포가 서서히 분해됩니다. 카스페이스는 주로 세 가지 경로에 의해 활성화됩니다:
Caspase는 어떻게 활성화되나요?
내재적 미토콘드리아 경로 : 미토콘드리아의 Cytochrome C 방출
외재적 리간드 경로 : FAS 리간드가 FAS 수용체와 결합
세포독성 T세포 경로 : CD8+T세포
(1) 내재적 미토콘드리아 경로 (Intrinsic Mitochondrial Pathway)
미토콘드리아 막을 안정화하는 Bcl-2의 비활성화로 Cytochrome C가 방출됨
내인성 경로는 세포가 방사선(radiation), 저산소증(hypoxia) 또는 산화 스트레스(oxidative stress)와 같은 스트레스에 노출될 때 발생합니다. 세포 내부에서 스트레스나 손상이 발생하면, 미토콘드리아가 사이토크롬 C (Cytochrome C)를 방출하여 자멸사를 유도합니다. 원래는 Bcl-2라는 물질이 미토콘드리아 막을 안정화하여 사이토크롬 C (Cytochrome C)가 세포질로 유출되는 것을 막지만, 세포 스트레스로 인해 Bcl-2가 비활성화되면, 미토콘드리아에서 사이토크롬 C가 세포질로 유출되어 Caspase를 활성화하게 됩니다.
세포 스트레스백질인 Bax와 Bak이 미토콘드리아로 이동하게 만드는데요, Bax와 Bak은 미토콘드리아 외막을 관통하여 투과성을 높이고, SMACs와 시토크롬 C(cytochrome C)가 세포질로 유출됩니다. 이 과정은 아폽토좀(apoptosome)을 형성하며, 카스파제-9(caspase-9)를 활성화시켜 최종적으로 카스파제-3(caspase-3)을 활성화하여 아폽토시스를 유도합니다.
(2) 외재적 수용체-리간드 경로 (Extrinsic Receptor-Ligand Pathway)
FAS 리간드가 FAS 수용체 (CD95)에 결합하여 Caspase 활성화
외부 신호, 예를 들어 FAS 리간드가 FAS 수용체에 결합하면 자멸사가 시작됩니다. 대표적인 예시로 T세포의 음성 선택과정을 들 수 있는데요,, 새로운 CD8+T세포가 자기항원에 결합할 떄 FAS 리간드를 통해 제거되게 됩니다. TNF가 TNF 수용체에 결합해 Caspase를 활성화하기도합니다
(3) 세포독성 T세포 경로 (Cytotoxic CD8+ T-cell Pathway)
퍼포린 (Perforin) : 세포막에 구멍을 뚫음
그랜자임 (Granzyme) : 구멍을 통해 들어가 Caspase를 활성화
: CD8+ T세포는 감염된 세포를 인식하고 세포막에 구멍을 뚫는 퍼포린(perforin)을 분비합니다. 그 구멍을 통해 그랜자임(granzyme)이라는 물질을 분비하여 capsapse를 활성화합니다.
Resource
- Labelled diagram of a cell undergoing apoptosis By Emma Farmer – Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1472229
