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미생물이야기 세포가 원래의 성질과는 다른 새로운 성질을 얻게되는 것을 형질전환이라고 부른다.
2013-08-08 17:29:09
이엠생명과학연구원

세포의 형질전환 (cellular transformation)

 

1) 세포의 형질 전환이란

     세포가 원래의 성질과는 다른 새로운 성질을 얻게되는 것을 형질전환이라고 부른다.  물론 이러한 형질전환은 세포가 자라면서 원래와는 다른 돌연변이체로 바뀌었기 때문에 나타나는 것이며, 특히 돌연변이 결과 세포의 성장에 변화가 나타난 것을 일반적으로 세포의 형질전환이라고 부른다. 세포의 형질전환은 살아있는 생명체에서는 정상적인 세포가 종양세포로 발전할 가능성을 가져다 주는 것이고, 배양 중인 세포에서는 세포가 비정상적으로 증식할 수 있도록 해주기도 한다. 그 한 예로 정상 세포는 배양접시에서 세포가 단층으로 자라게되면 성장을 멈춘다.  그러나, 형질전환된 세포는 단층이 형성되더라도 계속하여 증식하여 다층으로 자랄 수 있게 된다.  이와 같은 세포 성장 양상의 변화를 세포의 형질전환이라고 부른다.

     형질전환 결과 세포는 그 모양, 세포간의 상호작용, 세포와 기질간의 상호작용, 세포 증식의 조절 기능 등에 변화가 생기게 되며, 이러한 형질전환된 세포에 또 다른 돌연변이들이 추가되면 배양 중인 세포는 cell line으로 변할 수도 있다.  이러한 형질전환은 살아있는 동물에서도 일어날 수 있는 데, 그러한 변화들은 동물세포가 종양세포 (tumor cell)로 전환되게 만들 수도 있으며 (neoplastic transformation), 추가적인 변화를 통하여 암세포의 발생과도 연관이 있는 것이다. 

 

2) cellular transformation에 의해 변하는 세포의 성질

세포내신호전달과정에 변화가 생길 수 있다.

      : 세포 내부의 구조 (cytoskeleton)의 변화
     : 세포의 증식 및 행동의 변화

배양중인 세포의 배양상태 (culture behavior)에 변화가 생긴다.
     : 세포 성장 조절 (growth regulation)에 변화가 생겨서 다층으로 자랄 수도 있으며,
       높은 밀도로 자랄 수도 있다.
     : 배지 중에 성장 인자 (growth factor)가 적어도 잘 자란다.
     : 배양접시에 부착하지 않고도 자랄 수 있게된다.
     : 실험동물에서 종양세포로 증식할 수 있다.

형질전환 결과 세포 표면 성질 (cell surface properties)의 변화가 생기게 된다.
     : 세포표면 단백질 발현이 증가되거나 줄어들 수 있다.
     : 이온과 물질 수송이 증가될 수 있다

염색체 이상이 생길 수 있으며, 배양 과정동안 늙어 죽는 현상 (culture senescence)이 사라 질 수 있다.
    : cell line의 출현

 

3) cellular transformation의 유도

     세포의 형질전환은 다 단계의 과정으로 여러 가지의 돌연변이가 중복이 되어 나타나는 것으로 알려져 있다.  세포의 형질전환은 세포에서 돌연변이를 유도하는 물질 즉, 발암물질 (carcinogen)에 의해 유도될 수 있다.  또한 세포의 형질전환은 또한 바이러스 감염에 의하여 유도될 수도 있다 (발암바이러스, oncogenic viruses).  일반적으로 대부분의 DNA 바이러스는 종양발생을 유도할 수 있으나, RNA 바이러스 중에는 retrovirus가 그러한 작용이 있다.

 

4) focus forming assay (촛점형성분석법)

       형질전환 능력을 시험관에서 조사하는 방법으로 섬유아세포 (fibroblast)를 virus에 감염시킨 후, 세포가 단층 (monolayer)으로 자라게 한 다음, 그 위에 agar를 부어서 배양하면, 형질전환된 세포는 다층 (multilayer)으로 자라게 되어 주위의 형질전환되지 않고 단층으로 자라는 세포들과 구별이 된다.  이와 같이 단층의 정상적인 세포들 사이에 다층으로 자란 세포의 집단을 형질전환의 초점 (focus)이라고 부르며, focus forming assay와 유전자 삽입법 (transfection)을 이용하면 virus의 발암유전자 (oncogene)를 확인할 수 있다.

 

5) 바이러스에 의한 형질전환과 발암 유전자 (oncogene)

     바이러스에 의하여 형질전환된 세포에는 종종 바이러스의 전체 genome이나 일부의 genome이 지속적으로 존재하며 (persistence), 일부의 바이러스 유전자가 형질전환에 관여한다.  이러한 형질전환에 관여하는 유전자는 종양을 유도하는 바이러스에서 발견되었으며, 이러한 유전자를 발암유전자 (oncogene)라고 부른다.  일반적으로 oncogene들은 세포의 신호전달체계에 영향을 미침으로서 세포가 형질전환되게 만드는 것으로 보여진다.

 

     실제로 그동안 분리된 바이러스 oncogene은 세포내부로 성장신호를 전달 (신호전달과정, signal transduction) 하는 데 관여하는 단백질들과 유사한 것으로 확인되었다 (그림).

 

 

 

  일부의 oncogene은 세포의 성장인자와 유사하기도 하며, 세포 표면의 성장인자 수용체 단백질과 유사하여세포의 증식에 관여하는 것으로 조사되었다. 다른 발암유전자들은 세포질이나 세포막에 존재하는 신호전달 단백질과 유사하여, 세포막으로부터 세포핵으로 성장신호를 전달화는 과정에 관여하여 형질전환을 유도할 것으로 추정된다.  또한 일부의 발암유전자는 핵안의 전사인자 (transcription factor)와 유사하여 특정한 유전자의 전사를 조절하거나 복제과정에 관여하여 형질전환을 유도하는 것으로 조사되었다. 즉, 형질전환을 유도하는 바이러스가 가지고 있는 oncogene (viral oncogene, v-onc)은 그 구조나 기능이 세포의 증식을 조절하는 신호전달단백질과 유사하여 세포의 형질전환에 관여하는 것으로 이해되고 있다  즉, 바이러스의 oncogene이 만들어내는 단백질은 원래 세포가 가지고 있던 단백질과 유사한 단백질로서 단지 세포내의 원래의 단백질처럼 잘 조절이 되지 않는 다는 것이 다른 점이다.




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