미세소관

미세소관은 세포골격 (cytoskeleton)의 한 일원으로서 세포질 전역에 널리 퍼져있는 가느다란 튜브형의 세포 모양을 유지하는 골조를 의미한다. 튜뷸린 (tubulin)이라고 불리우는 단백질의 중합으로 긴 밧줄의 미세소관을 만드는데 그 길이가 50 마이크로 미터가 넘는 것도 있다. 매우 역동적으로 조립되고 분해되기도 한다. 튜브 밖의 지름은 24 나노미터, 안쪽 지름은 약 12 나노미터이다. 모든 진핵 세포에서 발견되는데, 원핵세포인 몇 몇 세균에서는 미세소관과 비슷한 기능의 유사체가 보고되기도 한다. 알파-, 베타-튜뷸린이 결합한 이중체 (dimer)가 연달아 중합하여 형성된다 (그림 1).

목차

미세소관은 수 많은 세포내 생명현상에서 중요한 역할을 하게 된다. 특히, 액틴 미세섬유 (microfilament), 중간 섬유 (intermediate filaments)와 더불어 주요 세포 골격의 일원으로 세포의 모양 형성과 유지에 결정적 역할을 하게 된다. 미세소관은 또한, 섬모와 편모의 9+2 구조를 형성하는 주체이기도 하다. 미세소관은 세포소낭 (vesicles), 세포소기관 (organelle), 세포내 복합체 (macromolecular complex)등, 세포내 여러 가지 화물을 옮기는 트랙 역할을 제공한다. 또한, 세포분열시 염색체를 이동시키는데 필요한 방추사 (mitotic spindle)을 형성한다.

미세소관은 동물 세포의 중심체 (centrosome), 섬모/편모의 기저소체 (basal body), 곰팡이류에서 보이는 방추극체 (spindle pole body)와 같은 미세소관 조직화 중심 (microtubule organizing centers: MTOC)에서 결정핵화 (nucleation)가 일어나면서 형성되기 시작한다. 중심체는 두 개의 중심소체의 근위말단이 상호연결섬유로 접착되어 있는 얼개를 가진다 (그림 2). 각각의 중심소체는 9개의 미세소관 삼중항들이 나란히 연결된 구조를 갖는다. 두 개의 중심소체의 표면에는 여러가지 단백질들이 분포하여 MTOC를 형성하며 미세소관의 생성 과정을 주도하는 기능을 수행한다.

아미노산 서열이 약 50 %의 동일성 (identity)을 보이는 알파-, 베타-튜뷸린이 결합한 이중체가 연달아 중합하여 프로토필라멘트(protofilament)를 형성하는데, 많은 진핵세포에서는 13개의 프로토필라멘트가 서로 나선형으로 조립, 속이 빈 튜브형의 미세소관을 형성한다. 프로토필라멘트 내의 이중체는 바로 옆 프로토필라멘트의 3개 단일체 간격에 떨어져 있는 이중체와 닿아 있는 13-3 나선형 구조를 이루게 된다. 12-3, 14-3, 15-4, 혹은 16-4의 구조가 아주 드물게 관찰된다. 미세소관의 알파-튜뷸린이 노출된 (-) 말단, 그 반대편에 베타-튜뷸린으로만 노출된 (+) 말단이 있다. 모든 프로토필라멘트는 같은 방향으로 나란히 정렬되어 있다. 튜뷸린 이중체는 양 방향 모두 중합할 수 있지만 (+) 말단에서 더 빠르게 진행되므로 미세소관은 (+) 말단이 점점 길어지는 것으로 보인다 (그림 3).

미세소관에 결합하는 무수히 많은 단백질 중, 키네신 (kinesin)과 디네인 (dynein) 같은 동력 단백질, 카타닌 (katanin) 과 같은 절삭 (servering) 단백질 등이 미세소관의 역동성을 보이는데 주요 역할을 한다. 최근 Bacillus thuringiensis라고 불리우는 그램양성세균내에서 액틴과 유사성을 같는 단백질이 미세소관 같은 구조를 형성하면서 플라스미드 분리에 기여하는 것이 보고되었다.

세포의 이동

미세소관의 (+) 말단은 움직이는 세포의 리딩 에지(leading edge)를 향하고 있고, 외포 작용에 필요한 세포소낭을 옮기는 트랙이 된다. 초점접착역 (focal adhesion)의 해체에도 필요하다. 세포가 움직이면서 일어나는 역방향 트레드밀 운동 (retrograde treadmilling)에 대하여 세포의 진행 방향을 유지하는 지지대의 역할을 하기도 한다.

세포 분열

세포 분열 중 필요한 방추사를 형성한다 (그림 3과 그림 4).

성상 미세소관

성상 (astral) 미세소관은 미세소관 정렬 중심 (MTOC)로부터 뻗어나와 있으나 염색체에 붙지는 않는다. 그 대신, 세포막근처의 세포골격과 결합하여 디네인 활성을 이용, MTOC를 세포막 근처로 이동, 전체 세포 분열 관련 기관들의 방향과 위치 설정에 중요한 역할을 한다.

극성 미세소관

극성 (polar) 미세소관이란 미세소관 정렬 중심 (MTOC)로부터 세포내 여러 방향으로 자라나고 있는 극성을 띄는 미세소관을 말한다. 염색체와 결합하지 않는다.

방추사부착점 미세소관

방추사부착점 (kinetochore) 미세소관이란 염색체의 방추사 부착점에 결합하는 미세소관이다. 동력 단백질들의 힘에의하여 염색체를 두 딸세포로 나누어 끌어갈 수 있도록 한다.

섬모와 편모

진핵세포의 섬모와 편모내의 9+2 구조를 이룬다. 디네인 동력 단백질이 이 미세소관을 서로 미끄러지게 하여 섬모와 편모를 구부려 세포를 움직이게 하거나 주변 액체의 흐름이 일어나 세포외 물질들을 이동시키는 일을 한다.

생체 발달

생체 발달 과정중 기관이나 세포의 형태를 갖추게 하는데 그 역할을 한다. 난자나 접합체의 전후축 (anterior-posterior axis)을 결정한다. 또한, 신경 세포의 수상돌기 (dendrites)와 축색돌기 (axons)를 형성하는 데 중요한 역할을 한다. 수상돌기내 미세소관은 양방향으로 정렬되나, 축색돌기 내에서는 (+) 말단이 축색돌기 끝을 향하도록 정렬된다.

미세소관의 활성을 방해하는 약들이 많이 개발되어 항암제로 쓰이는 경우가 많다. 난소암, 유방암, 폐암 등에 탁월한 효능을 보이는 탁솔 (taxol) 계 약물들은 미세소관을 안정화 시켜 암의 전이를 막는데 도움을 준다. 반대로 콜히친 (colchicine)은 미세소관의 중합을 방해한다. 씨없는 수박을 처음 만들 때 사용되었으며, 통풍 치료에 사용되기도 한다. 에리뷸린 (eribulin)은 미세소관의 (+) 말단에 결합, 세포 분열을 비가역적으로 방해, 암세포의 세포자연사 (apoptosis)를 유도한다.

세포골격 (cytoskeleton), 섬모(cilia), 편모 (flagella), 미세섬유 (microfilament), 중간 섬유 (intermediate filaments), 미세소관 정렬 중심 (MTOC), 탁솔 (taxol), 콜히친 (colchicine), 에리뷸린 (eribulin)