세포사멸이 생명에 필수적인 이유는 무엇인가?

죽음은 순수한 상실, 즉 지구상의 모든 것과 구별되는 생명체의 소멸처럼 보일 수 있습니다. 하지만 세포 수준으로 더 가까이 확대하면, 그것은 다르고 더 미묘한 의미를 갖습니다. 개별 세포를 살아있거나 죽게 만드는 것이 무엇인지 정의하는 데는 어려움이 있습니다. 오늘날 과학자들은 세포가 사라지는 다양한 방식과 이유, 그리고 이러한 과정이 생물학적 시스템에 어떤 의미를 갖는지 이해하기 위해 노력하고 있습니다. 이 에피소드에서 세포 생물학자 샤이 샤함은 스티븐 스트로가츠와 다양한 형태의 세포사, 진화와 질병에서의 역할, 그리고 올바른 종류와 패턴의 세포사가 우리의 발달과 웰빙에 필수적인 이유에 대해 이야기합니다.

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성적 증명서

[테마연극]

스티브 스트로가츠: 이 에피소드를 재생하는 데 걸린 2초 사이에, 당신 몸의 백만 개의 세포가 죽었습니다. 어떤 세포는 세포 사멸과 같은 자연적이고 조절된 과정에서 죽도록 프로그램되었습니다. 어떤 세포는 감염 후 바이러스 침입자의 확산을 막기 위해 스스로 목숨을 끊었습니다. 다른 세포는 신체적 손상을 입었고 괴사를 겪었으며, 세포막이 터지고 내용물이 쏟아졌습니다.

우리는 세포가 죽는 데에는 거의 12가지의 다른 방법이 있다는 것을 알고 있습니다. 그리고 이러한 과정을 제어하는 ​​방법을 배우는 것은 아픈 환자에게 세상의 모든 차이를 만들어낼 수 있습니다.

[테마 계속]

저는 Steve Strogatz입니다. 이것은 'The Joy of Why'라는 팟캐스트입니다. Quanta Magazine에서 저는 공동 진행자 Janna Levin과 함께 마이크를 번갈아가며 잡고, 오늘날 수학과 과학 분야에서 가장 큰 미해결 문제들을 탐구합니다.

이번 에피소드에서는 세포 생물학자에게 질문합니다. 샤이 샤함, 세포의 죽음이 주변의 다른 세포에 어떻게 도움이 될 수 있을까요? 그리고 이러한 통찰력은 우리가 생명 자체를 이해하는 데 어떻게 도움이 될까요? 샤이는 록펠러 대학교, 그는 동물 발달 중에 일어나는 세포 사멸 프로그램 및 신경계에서 신경교 세포가 하는 복잡한 역할을 연구합니다.

[테마 종료]

샤이, "The Joy of Why"에 오신 것을 환영합니다.

샤이 샤함: 나를 초대해줘서 고마워요, 스티브.

스트로가츠: 참여해 주셔서 감사합니다. 저는 세포 사멸에 대해 더 알고 싶어서 매우 궁금합니다. 그래서 세포의 삶에 대해 이야기하는 것으로 시작해도 될 것 같았습니다. 세포가 살아 있다는 것을 알려주는 어떤 종류의 일이 있을까요?

샤함: 그래서 사실 꽤 복잡한 질문입니다. 세포가 살아 있는지 아닌지 묻는 데 사용하는 특정 분석법에 따라 달라집니다. 예를 들어, 세포가 한 장소에서 다른 장소로 이동한다면 세포가 살아 있다고 말할 수 있습니다. 하지만 세포가 앉아서 아무데도 가지 않는다면, 살아 있다는 것이 무슨 의미인지 물어봐야 합니다. 음식을 대사하고 있는 것일까요? 다른 세포에 신호를 보내고 있는 것일까요?

하지만 다른 사람들은 이런 종류의 것들이 화학적으로만 활성일 뿐 생물학적 기능은 수행하지 않는 세포의 특징일 수도 있다고 말할 것입니다. 세포사멸 분야 전체는 죽은 세포가 무엇인지 정의하는 이 문제로 괴로움을 받고 있습니다. 그리고 사실, 적어도 제가 가장 편안하게 생각하는 가장 좋은 정의는 세포가 완전히 사라졌다면 죽었다는 것을 안다는 것입니다. 그렇지 않으면 말하기가 매우 어렵습니다.

스트로가츠: 그것이 매우 미묘하다는 것이 흥미롭습니다. 저는 우리 중 많은 사람들이 세포가 분열한다고 생각한다고 생각합니다. 그리고 저는 그것이 살아있는 것의 중요한 측면인지 궁금합니다. 세포가 살아 있다고 여겨지려면 분열해야 합니까?

샤함: 세포가 분열하고 있다면 그것은 살아 있다고 말할 것입니다. 하지만 문제는 분열하지 않는다면 살아 있지 않은가입니다. 그리고 저는 그 질문에 대한 답은 정말로 맥락에 따라 달라진다고 생각합니다. 예를 들어, 분열하지 않고 수년간 생존하는 박테리아 포자가 있을 수 있습니다. 그리고 적절한 시기에 그들은 자신이 속한 포자 구성에서 나와 분열하고 스스로 복제하기 시작합니다. 그리고 그 기간 동안, 심지어 수십 년이 될 수도 있는 동안, 세포는 죽었을까요, 살았을까요?

우리가 일하는 동안 내 마음에 가까이에 있는 소중한 예가 있었습니다. C. 엘레, 선충류 벌레입니다. 그리고 시베리아의 영구 동토층에서 추출한 선충류에 대한 최근 설명이 있었는데, 약 40,000년 전에 얼어붙어 실험실에서 다시 부활했습니다. 그래서 당신은 스스로에게 묻습니다. 그 유기체 전체가 40,000년 동안 살아 있었을까요, 아니면 죽었을까요?

스트로가츠: 믿을 수 없어요. 정말 흥미롭네요. 제 말은, 우리는 일상 언어로 정지된 애니메이션이라는 개념을 가지고 있다는 겁니다. 당신이 말한 포자는 다시 살아나기를 기다리고 있다고 말하는 게 상식적인 표현일 겁니다. 하지만 정지된 애니메이션은 무엇일까요? 그래서 비가역성이라는 질문이 생깁니다.

샤함: 네, 물론이죠. 제 말은, 당신이 현장에서 우리가 많이 고민하는 것과 씨름하고 있다고 생각합니다. 결국 모든 것은 분석으로 귀결됩니다. 그러니까 30년 동안 분열을 기다리며 앉아 있던 포자가 있다고 가정해 봅시다. 100년차에 포자를 관찰하고 몇 주 동안 살펴보기로 했다면, 모든 의도와 목적에서 죽은 것처럼 보일 것입니다. 그리고 XNUMX년을 기다렸다가 그것이 나오는 것을 본 경우에만, 아, 사실 살아있었구나라고 말할 수 있을 것입니다.

하지만 우리가 신진대사를 살펴보거나, 게놈에서 돌연변이를 축적하는 능력이나 다른 세포에 신호를 보내는 능력을 살펴보는 다른 분석법이 있다면, 세포가 분석법에 따라 무언가를 한다면, 당신은 그것을 살아 있다고 생각할 것입니다. 하지만 그것은 매우 작동적인 정의입니다. 저는 여기에 신비로움을 포함시키는 데 큰 의미가 없다고 생각합니다.

스트로가츠: 어떤 분석에 비해서 작동적으로 살아 있다고 말하는 건 깔끔하지 않나요? 꽤 명확한 것 같아요. 우리는 그것이 대사를 하는지 아닌지 측정할 수 있어요. 분열을 하는지 아닌지? 생명과 죽음을 한정하려고 하면서, 세포의 일부와 같이 생각해야 할 몇 가지 다른 범주를 도입해 볼게요. 세포의 일부가 죽을 수 있나요? 아니면 세포 전체가 죽어야 하는 죽음의 본질이 있어야 하나요?

샤함: 그러니 당연히 그렇지 않습니다. 제가 앞서 말한 것을 기억하신다면, 저는 죽은 세포를 전혀 존재하지 않는 세포로 정의하는 것이 가장 편안합니다. 그리고 물론 세포의 일부가 사라지는 상황도 있습니다. 그리고 이는 일어나야 할 프로그램된 사건일 수도 있고, 부상이나 어떤 사고 때문일 수도 있습니다.

발달 과정에서 축삭이 뉴런에서 자라나는 경우가 있습니다. 축삭은 뉴런에서 나오는 길고 얇은 과정으로, 기본적으로 다른 뉴런과 연결되어 뇌가 작동하도록 하는 역할을 합니다. 이러한 축삭은 발달의 정상적인 단계에서 수축을 시작할 수 있습니다. 사실, 이러한 수축은 "죽음"이라는 이름을 가지고 있습니다. 따라서 작동적으로 축삭은 기능이 없고 물리적으로 실제로 사라지고 있습니다. 따라서 세포의 일부가 실제로 죽어가고 있다고 주장할 수 있습니다.

스트로가츠: 그래서, 당신은 프로그램된 세포 사멸에 대해 언급했는데, 제가 다음에 당신과 이야기하고 싶은 분야입니다. 예를 들어, 저는 괴사라는 것에 대해 읽었습니다. 세포가 괴사되면 어떻게 되나요? 그런 종류의 죽음은 무엇인가요?

샤함: 세포 사멸에는 두 가지 종류가 있습니다. 세포 사멸은 유전적 프로그램의 결과이며, 세포의 유전자인 DNA에 존재하며 세포의 죽음을 실행하는 데 전념합니다. 이것은 진화적으로 선택되어 세포의 한 세대에서 다음 세대로 전달된 과정입니다. 그리고 이 경로의 역할은 구체적으로 세포가 자살하도록 하는 것입니다.

세포 사멸의 또 다른 범주가 있는데, 저는 그것을 밟았을 때 세포에 일어나는 일의 범주에 넣을 것입니다. 그리고 상상할 수 있듯이 비자연적인 방식으로 세포를 다치게 하는 방법은 무수히 많습니다. 괴사는 그러한 방법 중 하나입니다. 그것은 매우 모호한 용어이지만 사람들이 보통 그것에 대해 말할 때, 그들은 우리 유전자에 인코딩되지 않고 세포가 부어오르고, 종종 세포 내에 비정상적인 막 소용돌이나 하부 구조가 형성되고, 결국 세포 내용물이 환경으로 누출되는 것을 포함하는 조절되지 않은 유형의 세포 사멸을 말합니다.

스트로가츠: 그러면 면역 체계에서 반응이 일어나는 건가요?

샤함: 네, 일반적으로 유전적으로 프로그램된 사망 사건과 세포에 발을 디딘 유형의 사건 사이의 차이점은 전자가 주변 환경을 방해하지 않도록 매우 깨끗한 방식으로 설계된다는 것입니다. 사실, 그들은 죽을 때 주변 세포에 대한 손상을 최소화하기 위해 가능한 모든 것을 합니다.

그러나 다른 유형의 죽음은 주변 세포나, 동물에게 면역 체계가 있는 경우 폭발한 세포가 환경에 끼친 피해를 극복하려는 면역 세포로부터 가혹한 반응을 유발하는 경우가 많습니다.

스트로가츠: 저는 앞서 "세포자살"이라는 용어를 언급했습니다. 비교적 깨끗한 유전적으로 프로그램된 죽음의 스타일입니다. 제가 제대로 이해하고 있나요? 지금 우리가 이야기하고 있는 것이 바로 그것인가요?

샤함: 저는 이 분야의 사람들이 종종 프로그램된 세포 사멸을 세포 사멸과 동일시한다고 말하고 싶지만, 사실 그것은 전적으로 정확하지 않습니다. 세포 사멸은 프로그램된 세포 사멸의 한 형태입니다. 우리 연구실에서 "링커 세포 유형 사멸" 또는 LCD라고 하는 다른 세포 사멸을 하나 발견했습니다. 그리고 제가 아는 세포 사멸의 다른 유형이 하나 이상 있는데, 제 동료가 연구했습니다. 초파리 melanogaster, 초파리. 그래서 우리는 기본적으로 유전적으로 프로그램된 세포 사멸 경로의 세 가지 진짜 사례를 알고 있습니다.

스트로가츠: 그 사진 좀 주시겠어요? 세포가 그 세 가지 중 하나를 겪고 있다면 무엇을 시각화해야 할까요?

샤함: 따라서 "세포사멸"이라는 용어는 실제로 [John FR] Kerr와 [Andrew] Wyllie가 처음 만들었습니다. 1970년대 초반의 논문. 그것은 나무에서 잎이 떨어지는 것과 관련된 그리스어와 관련이 있으며, 일종의 죽음 과정과 연결됩니다. 그래서 그것은 핵 내부의 크로마틴 또는 DNA의 응축으로 특징지어집니다. 그것은 매우 압축되어서 기능을 수행할 수 없습니다. 너무 압축되어 있기 때문입니다.

게다가 세포질, 즉 세포의 대부분이 줄어드는 것처럼 보입니다. 그리고 세포질에 존재하는 미토콘드리아와 같은 세포소기관이 종종 파열됩니다. 하지만 이것은 일반적으로 과정의 상당히 늦은 시기에 일어납니다. 전반적으로 모든 것이 매우 빠르게 일어납니다. 시간이 지남에 따라 이 과정을 겪고 있는 세포의 수를 앉아서 세어보면 그것이 얼마나 흔한지 깨닫게 됩니다.

따라서 전반적으로 세포를 제거하는 매우 컴팩트한 파괴 과정이 있고, 그런 다음 표면에서 죽은 세포는 이 분야에서 "나를 먹어라" 신호로 알려진 특수 신호를 가지고 있으며, 이웃 세포나 특수한 식세포에 신호를 보내 문자 그대로 그들을 먹어치우고 분해합니다. 그래서 대부분의 프로그램된 세포 사멸은 그 경로를 따릅니다. 그리고 특히 세포 사멸은 제가 언급한 특징을 가지고 있습니다.

연결 세포 유형의 죽음은 어떤 의미에서 세포 사멸의 거울상과 거의 같습니다. 크로마틴 응축이 거의 없습니다. 사실, 이 세포 사멸의 특징은 매우 개방된 크로마틴이 있고, 세포 소기관이 죽음 과정이 끝날 때까지 기다려 결함을 나타내지 않고 처음부터 부풀어 오르는 경향이 있다는 것입니다. 하지만 중요한 점은, 이 유형의 세포 사멸은 여전히 ​​표면에 "나를 먹어" 신호를 나타내고, 이 세포는 여전히 이웃 세포나 그것을 분해하는 특수 식세포에 의해 제거됩니다.

스트로가츠: 저는 두 번째 것에 대해 조금 더 듣고 싶습니다. 첫째, 저는 그것에 대해 들어본 적이 없습니다. 그리고 둘째, 제 경력에서 처음으로 쓴 과학 논문은 크로마틴 섬유의 구조에 수학을 적용하는 것에 관한 것이었습니다. 그러니까 링커를 언급할 때, 핵소체 사이의 링커 DNA를 말하는 건가요?

샤함: 사실 저는 그렇지 않습니다. 이 세포 사멸은 사실 선충류에서 발견했습니다. C. 엘레. 그리고 동물의 수컷에서 단일 세포의 죽음을 "연결 세포"라고 합니다. 그리고 그것이 연결 세포라고 불리는 이유는 그것이 발달하는 수컷 생식샘을 출구 채널에 연결하여 짝짓기 중에 수컷에서 정자가 방출될 수 있게 하기 때문입니다. 그리고 이 세포는 기본적으로 생식샘관과 출구 채널 사이의 플러그 역할을 합니다. 그래서 동물은 이 새로운 연결 세포-죽음 프로그램을 사용하여 그것을 제거하고, 그것은 이 두 관이 합쳐져서 정자가 빠져나갈 수 있게 합니다.

그리고 우리가 발견한 것은 전자 현미경으로 볼 수 있는 것인데, 전자 현미경은 세포를 매우 높은 배율로 그리고 특정 유형의 대조로 볼 수 있게 해줍니다. 이런 유형의 세포 사멸은 실제로 선충류의 이 세포에만 국한되지 않고, 발달하는 포유류와 인간에게도 매우 흔합니다. 사실, 우리 신경계에서 일어나는 세포 사멸의 대부분은 이런 모양을 하고 있습니다.

그리고 제가 언급한 특징 외에도, 이 세포 사멸이 가진 또 다른 두드러진 특징은 핵막이 우리가 부르는 대로 이런 움푹 들어간 부분, 즉 "크레넬레이션"을 획득한다는 것입니다. 여기서는 매우 물결 모양처럼 보입니다. 그리고 이것은 실제로 인간 질병에서 발생하는 많은 세포 사멸의 특징이기도 합니다. 그래서 우리는 연결 세포 사멸이 인간 질병에서 역할을 할 가능성에 대해 매우 궁금합니다. 질병에 걸린 상태에서는 이런 유형의 세포 사멸을 활성화해서는 안 될 때 부적절하게 활성화합니다.

스트로가츠: 세포 사멸과 인간 질병에 대한 의미에 대한 이 질문으로 돌아가고 싶습니다. 하지만 괜찮다면, 방어 기능과 관련된 세포 사멸 경로가 몇 가지 있기 때문에 세포 사멸의 다양한 경로를 계속 나열하고 싶습니다. 바이러스나 다른 병원균이 감염이나 다른 종류의 문제를 일으키고 세포 사멸이 공격에 대한 반응으로 일어나는 경우를 생각해 보고 있습니다.

샤함: 이 중 많은 것들이 실제로 세포사멸과 많은 공통점을 가지고 있으며, 그 이름은 단지 맥락을 나타냅니다. 예를 들어, "피롭토시스"는 염증 반응 중에 발생하는 일종의 세포사멸 세포 죽음입니다. 그래서 "파이로"는 염증이나 이런 불타는 상태를 암시하는 것으로 여겨집니다. 그리고 기본적으로 그 아이디어는 세포가 바이러스나 박테리아에 감염된 상황이 있을 수 있고, 숙주 유기체의 이익을 위해 세포가 스스로를 제거하여 유기체의 나머지 부분이 박테리아나 바이러스에 노출되지 않도록 하는 것입니다.

감염된 세포를 제거하기 위해 사용되는 경로는 세포사멸형 세포사멸이라고 생각할 수 있는 것 외에도 많습니다. 예를 들어, 세포독성 T세포라고 하는 특정 형태의 T세포가 바이러스에 감염된 세포를 인식하면 퍼포린이라는 단백질을 방출하는데, 이 단백질의 이름은 정확히 그 이름에서 알 수 있듯이 기본적으로 모공을 만듭니다. 그래서 그들은 표적 세포의 세포막에 구멍을 만드는 퍼포린 단백질을 방출합니다. 그러면 세포사멸 반응이 일어나거나 세포 밖으로 누출이 발생합니다. 결국 세포는 그냥 분해되어 순환하는 식세포에 먹힙니다.

따라서 이러한 유형의 반응은 보체 매개 세포 사멸에서 발생하는 유형과 유사합니다. 이는 우리 몸이 이물질에 의해 침입받은 세포에 반응하여 보이는 또 다른 유형의 반응입니다. 그리고 종종 혈액을 순환하는 매우 복잡한 단백질 연쇄 반응으로, 결국 감염된 세포에 특정 유형의 단백질이 코팅되어 식세포에 "나를 먹어"라는 신호가 됩니다. 따라서 세포 자체는 우리가 이야기해 온 다른 예에서처럼 내부에서 파괴되지 않고, 식세포가 와서 처리할 수 있도록 나쁜 씨앗으로 표시됩니다.

스트로가츠: 그래서 이 모든 토론에서 제가 얻은 인상은 세포가 이런 프로그램을 수행하거나 "나를 먹어라" 세포로 표시되도록 허용할 때, 그것은 더 큰 이익을 위한 것이라는 것입니다. 이것은 주변의 다른 세포나 다른 조직을 돕기 위한 것입니다. 이것은 다세포적인 것 같습니다. 만약 당신이 단세포라면, 이런 종류의 일을 할 동기가 없을 것입니다. 이러한 과정은 다세포 유기체에 있는 맥락에서 일어납니다. 그게 잘못된 것인가요?

샤함: 당신은 옳은 길을 가고 있습니다. 저는 그것을 반드시 다세포 생물로 제한하지 않을 것입니다. 당신은 그저 생존을 위해 서로를 필요로 하는 세포들의 집합이 있는 상황에 있어야 할 뿐입니다. 그러므로 다세포 생물에서 당신은 "더 큰 선을 위해 죽을 필요가 있을지도 모른다"는 원칙을 행사해야 한다는 것은 사실이지만, 박테리아에서도 사실입니다.

예를 들어, 박테리아는 바이오필름이라고 알려진 것을 형성하는 경향이 있습니다. 기본적으로 서로 나란히 줄지어 선 많은 박테리아의 시트입니다. 기아 조건에서 바이오필름이 모든 사람을 먹일 만큼 충분한 음식이 없을 때, 거기에 있는 박테리아의 일부는 스스로를 파괴하고 살아남는 다른 박테리아의 영양소 역할을 하기로 결정합니다. 종종 박테리아 간에 전쟁이 일어나고 그들은 당신의 장에서 살해 메커니즘을 불러일으킬 것입니다. 그래서 저는 당신이 다세포 환경에 있어야 한다는 원칙이 중요하다고 생각하지만, 반드시 단일 유기체 내에 있어야 하는 것은 아닙니다.

스트로가츠: 좋습니다. 그러므로 다세포성은 반드시 다세포 생물에서가 아니라 다양한 형태의 다세포 생명체에서 광범위하게 해석될 때 이러한 문제가 제기됩니다.

샤함: 동물의 맥락에서 우리가 발견한 일반 원칙이 매우 의미 있는 예가 있습니다. 예를 들어 살펴볼 만한 곳은 개미입니다. 개미 군집에서는 본질적으로 "초유기체"라고 불리는 것으로, 각 개미가 군집 내에서 중요한 역할을 합니다. 그리고 종종 개미는 군집의 생존에 중요한 흥미로운 구조를 생성하거나 단순히 영양을 공급하기 위해 죽어야 하는 것이 사실입니다. 그래서 YouTube와 지리적 국가 개미들이 다리를 형성하여 다른 개미들이 이 다리를 건너갈 수 있도록 하는 것을 볼 수 있는 곳입니다. 그리고 종종 다리 위에 있는 개미들은 죽습니다. 그리고 그들의 외골격은 다른 개미들이 행진하는 다리의 일부 역할을 합니다. 그래서 개별 동물이 전체 집단을 더 좋게 만들기 위해 죽는 예가 있습니다.

스트로가츠: 흥미롭네요. 제가 궁금했던 또 다른 점은 당신이 언급했기 때문입니다. C. 엘레, 약 1밀리미터 길이의 멋진 작은 벌레는 우리에게 발달, 유전학, 행동, 신경생물학, 노화에 대한 생물학에 대해 많은 것을 가르쳐 주었습니다. 이 작은 생물로부터 우리가 배운 것이 얼마나 놀라운지 모릅니다. 그리고 청취자 중 일부는 이 생물에 대해 잘 모를 수도 있습니다. 이 생물에 대해 조금 설명해 주시겠습니까? C. 엘레 그리고 그것이 세포 사멸에 관련된 과정과 그 중요성을 알아가는 데 어떻게 도움이 되었을까요?

샤함: 물론입니다. 세포 사멸을 연구하고 싶다면 주어진 시간, 동물의 주어진 위치에서 세포가 죽을 것이라는 것을 아는 것이 정말 유용할 것입니다. 예측 가능성이 있다면 미리 시스템을 조작하여 온갖 질문을 할 수 있기 때문입니다. 대부분의 모델 시스템에서는 그러한 예측 가능성이 없습니다.

그러나 선충류, 특히 선충류에서는 C. 엘레, 이것이 바로 우리가 할 수 있는 일입니다. 그래서 C. 엘레 수정란에서 성체에 이르기까지 세포 분열 패턴이 종의 개체 간에 극히 소수의 예외를 제외하고는 완전히 동일하다는 놀라운 특성이 있습니다. 그리고 이 세포 분열 패턴에 정확히 동일한 세포 사멸 패턴이 중첩되어 있습니다. 패턴이 동일하다는 것을 증명할 수 있는 방법은 세포에 이름을 붙일 수 있다는 것입니다. C. 엘레. 그래서 우리는 이 세포를 Moe라고 부르고 이 세포를 Curly라고 부를 수 있습니다. 하지만 실제로 우리는 ASE나 NSM 또는 CEP sheath와 같이 훨씬 더 지루한 이름을 붙입니다. 반면에 우리나 다른 척추동물에서는 세포에 이름을 붙이고 모든 동물에서 같은 세포가 되도록 할 수 없습니다. 우리는 Curly라는 세포가 수정란이 분열을 시작한 후 20시간 25분 후에 죽을 것이라고 정확하게 말할 수 있습니다. 그리고 우리는 그 죽음의 과정이 일어나는 데 XNUMX분이 걸릴 것이라고 확실히 말할 수 있습니다.

이 세부 사항은 1970년대 후반과 1980년대 초반에 두 명의 뛰어난 과학자인 밥 호르비츠와 존 설스턴에 의해 해결되었습니다. 그리고 그들은 수정란에서 성인이 될 때까지 세포 분열의 전체 패턴을 결정했습니다. 그리고 그들은 이러한 세포 분열이 전개되는 것을 지켜보면서 결국 사라질 세포가 있다는 것을 깨달았습니다. 그리고 그것은 죽어가는 세포였습니다. 그래서 우리는 예를 들어 발달하는 세포에서 C. 엘레 양성체 벌레의 경우 정확히 1,090개의 체세포가 생성됩니다. 그리고 그 중 정확히 131개의 세포가 죽고 동물은 959개의 체세포를 남깁니다. 그리고 이러한 정밀성을 바탕으로 우리는 이제 모든 종류의 유전학 연구와 세포 생물학 연구를 수행할 수 있으며, 세포 사멸 과정을 주도하는 요인을 이해하기 위해 동일한 세포를 계속해서 살펴볼 수 있습니다. 그리고 정말로, 이것이 사용하는 가장 큰 장점이라고 생각합니다. C. 엘레 세포 사멸을 연구합니다.

스트로가츠: 그래서 만약 누군가가 궁금해한다면, 잡기 어렵지 않은가요? 그냥 흙을 한 줌 집어 올리면 이런 게 많이 있는 거예요. C. 엘레 거기에?

샤함: 그래서 선충류와 C. 엘레 특히 전 세계에서 발견됩니다. 사실, 록펠러에서 연구실을 시작했을 때 제가 가서 하기로 결정한 첫 번째 일은 록펠러 버전의 C. 엘레. 그래서 저는 나가서 흙을 한 무더기 가져와서 아가가 있는 페트리 접시에 올려놓았는데, 그게 우리가 벌레를 키우는 방법이고, 그냥 벌레가 나올 때까지 기다렸습니다. 그리고 실제로 벌레를 찾았습니다. 그리고 저는 록펠러 분리물을 발견하게 되어 매우 기뻤지만, 나중에야 록펠러가 실제로 뉴욕 북부에서 흙을 수입한다는 것을 알게 되었습니다. 사실, 그들은 지역산이 아니었습니다. C. 엘레. 그들은 뉴욕 북부에 있었습니다. C. 엘레.

스트로가츠: 시골 벌레가 도시로 내려온다. 그러니까 방금 당신이 들려준 이야기는 정말 놀랍고 놀라운 거야. 이 생물이 수정란에서 성체로 성장하는 기계 같은 발달. 그리고 당신은 쥐나 우리에게는 예측할 수 없는 일이라고 말했지. 어떤 사람들은 궁금해할 거야. 그들이 생명의 동물원에서 아주 특별하지 않은가? 이 이상한 벌레를 연구하는 것이 우리에게 정말 관련이 있다고 설득해.

샤함: 먼저, 저는 그들이 매우 특별하다는 말로 시작해야 할 것 같습니다. 그래서 그들은 다른 유기체가 하지 않는 무언가를 합니다. 그리고 저는 그것을 간과하지 않는 것이 중요하다고 생각합니다. 하지만 다른 동물과의 관련성 측면에서, 당신은 동물의 DNA와 게놈보다 더 멀리 볼 필요가 없습니다. 그래서 우리 게놈의 유전자를 코드화하는 DNA 뉴클레오티드의 순서는 본질적으로 동일합니다. C. 엘레 그것들이 우리 안에 있는 것처럼요.

예를 들어, 세포사멸 과정은 카스파제라는 단백질에 의해 실행됩니다. 이 단백질의 역할은 다른 단백질을 절단하는 것이고, 이 단백질은 유전자에 의해 인코딩되며, 이 유전자는 벌레와 사람에게서 발견되는 유전자와 거의 같습니다. 니체의 사고방식을 따르고 싶다면, "인간은 벌레다."

스트로가츠: 저는 그 인용문을 잘 모릅니다. 그것이 진짜 인용문인가요?

샤함: 그렇습니다. 독일어로 되어 있지만, 이것은 번역입니다.

스트로가츠: 좋아요. 저는 그가 세포 생물학자라고 생각한 적이 없지만, 어쩌면 그는 뭔가를 알아냈을지도 모릅니다. 이 메시지 후에 바로 돌아오겠습니다.

[부서지다]

스트로가츠: “The Joy of Why”에 다시 오신 것을 환영합니다.

그래서 저는 예를 들어, 접시에 있는 박테리아로부터 세포 사멸을 관찰하기 위해 다양한 실험실 시스템을 탐색하고 싶었습니다. C. 엘레, 더 복잡한 유기체까지. 그렇다면 세포사멸에 대한 이러한 의문을 연구하기에 적절한 규모는 무엇일까요?

샤함: 저는 모든 다른 규모를 살펴보는 것이 중요하다고 생각합니다. 가장 작은 규모는 세포 자체라고 생각합니다. 그리고 세포가 죽는 박테리아의 예가 분명히 있는데, 이는 건강상의 이유로 이해하는 것이 매우 중요하지만, 호기심의 기본적인 질문이기도 합니다. 박테리아는 어떻게 죽어야 한다고 결정할까요? 박테리아에서 일하는 것은 훌륭한 시스템입니다.

세포 배양에서 일하는 것도 우리에게 많은 것을 알려줄 수 있습니다. 예를 들어, 인간이나 쥐의 세포를 채취하여 배양액에 넣고 분열시키고 배양액 내에서 죽게 한다면, 세포가 죽는 맥락에 대해서는 알 수 없겠지만, 세포에게 죽을지 말지를 알려주는 분자와 신호에 대해서는 많은 것을 알 수 있을 것입니다. 그리고 이 단순화된 세포 배양에서 어떤 원리를 확립한 후에는, 예를 들어 세포 배양에서 발견한 유전자의 역할을 탐구하고 그것이 유기체에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 확인할 수 있는 유기체로 우리의 이해를 옮길 수 있습니다.

유기체 수준에서 세포사멸의 측면은 다른 환경에서는 탐구할 수 없는 것으로, 이는 세포사멸의 집단적 현상과 관련이 있습니다. 즉, 단일 세포가 죽는 것이 아니라 세포 집합체가 죽는 것입니다. 그리고 이는 아마도 발달생물학 분야에서 가장 아름답게 입증될 것이며, 특히 형태발생 과정에서 그렇습니다. 즉, 이는 다세포인 동물이나 모든 생명체가 형태와 모양을 얻는 과정입니다. 로댕은 자신이 조각하는 돌판 안에 있는 조각상을 드러내려고 했다고 말한 것으로 유명합니다. [편집자 주: 그것은 아마도 미켈란젤로.] 세포 사멸 측면에서도 같은 원리입니다. 우리는 이 세포 덩어리를 가지고 있고, 많은 경우, 그 중 일부는 특정 모양을 형성하기 위해 죽습니다. 그리고 아마도 가장 유명한 예는 척추동물의 손가락 발달일 것입니다. 그래서 배아 발생에서 모든 척추동물은 손가락을 연결하는 매우 눈에 띄는 세포 띠를 가지고 있습니다. 그리고 예를 들어 우리와 같은 척추동물의 경우, 그 세포들을 제거하는 그 손가락 사이 띠에서 일어나는 거대한 세포 사멸이 있습니다. 그래서 우리는 잘 분리된 손가락을 가지고 있습니다.

스트로가츠: 그러니까 여기서는 손가락과 발가락의 형성에 대해 이야기하고 있는 거군요.

샤함: 네, 정확히 그렇습니다. 하지만 예를 들어 오리의 경우, 세포 사멸이 많이 일어나지 않아서 물갈퀴 발을 가지고 있는 것입니다.

스트로가츠: 놀랍네요. 그들이 거미줄을 키운 게 아니라, 다른 생물들이 거미줄을 조각해 낸 거예요. 유전적 변이가 있지 않나요? 아니면 제 친척 중 일부는 제 발가락을 봐, 이 발가락 사이에 거미줄이 있다고 말했던 것 같아요.

샤함: 그러므로 그것들은 아마도 배아 발생 과정에서 완전히 제거되지 않은 흔적 구조일 것입니다.

스트로가츠: 세포 사멸에 대한 인간 중심적 관점으로 넘어가 봅시다. 아마도 건강 관리 문제, 의료와 관련이 있을 것입니다. 예를 들어, 세포 사멸에 대해 더 많이 알면 장기 부전이나 조직의 많은 세포가 죽어가는 다른 문제를 역전하는 데 도움이 될까요?

샤함: 따라서 세포 사멸은 인간의 거의 모든 질병 상태와 관련이 있습니다. 그리고 광범위하게 두 가지 종류의 문제로 분류할 수 있습니다. 한 그룹은 세포 사멸이 너무 많이 일어나는 질병, 즉 장기 경색과 같은 질병입니다. 예를 들어 심장 마비가 발생하면 심장의 세포가 죽거나 신경 퇴행성 질환에서 뇌의 세포가 죽고 알츠하이머병이나 파킨슨병이 발생합니다. 그리고 스펙트럼의 반대편은 죽어야 할 세포가 죽지 않는 질병입니다. 그리고 그것이 본질적으로 모든 암입니다. 따라서 암은 신체가 이러한 유해한 세포를 제거할 수 있도록 하는 프로그램이 어떻게든 중단되어 세포가 부적절하게 생존하는 세포입니다.

그리고 실제로 이것은 원칙적으로 모든 주요 질병에 영향을 미칠 수 있습니다. 세포 사멸이 모든 질병의 근본 원인이라는 말은 아닙니다. 그러나 세포 사멸이 발생하지 않도록 차단할 수 있다면 적어도 그렇지 않으면 완전히 없어졌을 세포를 치료할 수 있는 기회가 생길 수 있는 경우가 분명히 있습니다. 유용성 측면에서 다양한 질병 상황에서 세포 사멸을 억제하거나 촉진할 수 있는 화합물을 살펴보는 여러 가지 약물 연구가 있었습니다. 예를 들어, 현재 임상에서는 특정 종양 환경에서 세포 사멸을 유발하는 것이 역할인 약물이 있습니다. 그리고 이러한 약물은 세포 사멸이 발생하는 방식과 관련된 특정 분자에 대한 이해에서 생겨났습니다.

스트로가츠: 세포 표면에 "나를 먹어"라고 적혀 있는 마커에 대해 이전에 언급하셨는데, 그걸 암세포에 사용할 수 있을지, 어쩌면 일종의 암 면역 요법이나 그런 데에 쓸 수 있을지 궁금합니다.

샤함: 현재로서는 이러한 "나를 먹어" 신호를 살펴보기 위해 특별히 시험에 포함된 것은 없습니다. 하지만 할 수 있는 것은 나만의 "나를 먹어" 신호를 만드는 것입니다. 따라서 암세포 표면에서 다른 모든 세포와 구별되는 것을 발견할 수 있다면, 암세포만 제거하고 싶을 뿐 신체의 다른 모든 세포를 제거하고 싶지는 않을 것입니다. 따라서 이를 식별할 수 있다면 예를 들어 결합하는 세포에서 세포 사멸 반응을 유발하는 특정 항체를 생성할 수 있습니다.

사실 면역 요법이라고 알려진 것을 이용한 암 치료에 정말 놀라운 혁명이 일어나고 있습니다. 그리고 이것이 바로 이것의 기반입니다. 그래서 여기서의 아이디어는 신체가 종양 세포에 대한 특정 고유 마커를 식별하고, 이에 대한 면역 반응을 생성하도록 한 다음, 면역 세포가 이 세포로 가서 우리가 이미 대화에서 언급한 다양한 방법을 사용하여 파괴하는 것입니다.

스트로가츠: 우리는 지난 수십 년 동안 세포 사멸에 대해 알려진 것 또는 발견한 것에 많은 초점을 맞춰 왔습니다. 당신이 평생 동안 답을 보고 싶어하는 몇 가지 질문이 있거나 이 분야에서 여전히 훌륭하고 흥미로운 열린 영역이 어디에 있다고 생각하십니까?

샤함: 네, 저는 우리가 배울 것이 엄청나게 많다고 생각합니다. 대화 초반에 언급했듯이, 매우 흔히 연구되는 세포 사멸 과정은 세포 사멸이라고 합니다. 그리고 우리는 수년 동안 이 과정이 동물의 발달 중에 일어나는 세포 사멸 관련 사건의 많은 유형을 설명하기에 충분하다고 생각했습니다.

하지만 지난 수십 년 동안의 연구 결과, 동물의 유전체에서 이 세포 사멸 프로그램을 완전히 제거할 수 있다는 것이 입증되었습니다. 그럼에도 불구하고 동물은 여전히 ​​잘 살아남을 수 있습니다. 즉, 세포를 죽일 수 있는 다른 방법이 있어야 한다는 것입니다. 한 가지 방법은 제가 언급한 이 연결 세포 유형의 사멸일 수 있지만 유일한 방법은 아닐 수 있습니다. 다른 방법이 있을 수 있습니다. 따라서 다른 프로그램이 무엇인지에 대한 그 전체 블랙박스는 확실히 우리의 관심을 끌 만한 엄청나게 매혹적인 방향이며, 특히 질병에서 세포 사멸을 중요한 공격 각도로 만들고자 한다면 더욱 그렇습니다.

우리가 이해하고 싶은 또 다른 큰 질문이 있습니다. 그래서 저는 당신에게 말했습니다. C. 엘레, 우리는 어느 순간에 어떤 세포가 죽을지 정확히 알고 있습니다. 척추동물에서는 모릅니다. 하지만 인간에게 이웃 세포가 두 개 있다면 왜 하나는 세포 사멸을 겪고 다른 하나는 그렇지 않은지 이해하고 싶습니다. 그리고 우리는 그것을 전혀 이해하지 못합니다. 그래서 저는 이것이 훨씬 더 큰 질문이 된다고 생각합니다. 세포가 환경에 어떻게 반응하는지와 관련된 질문입니다. 그리고 이 경우 세포 사멸은 단지 판독일 뿐입니다. 하지만 확실히 여전히 엄청나게 매혹적인 질문이며 전혀 답이 없습니다.

스트로가츠: 훌륭합니다. 훌륭한 지침입니다. 마지막으로, 이 위대한 기업에서 개인 과학자로서, 당신의 연구에 대해 특별히 기쁨을 주는 것이 있습니까?

샤함: 저는 새로운 것을 발견하는 것을 좋아합니다. 저는 아무도 전에 발견하지 못한 새로운 것을 찾는 데 항상 관심이 있었습니다. 그리고 어떤 면에서는 제가 발견하는 것의 구체적인 세부 사항조차 그렇게 중요하지 않습니다. 왜냐하면 저는 세부 사항을 살펴보면 모든 것이 흥미롭고 신나는 것처럼 보이기 때문입니다. 물어볼 질문이 있고 그것을 해결할 수 있는 방법이 있다면, 그것은 저를 매일 직장으로 데려갈 것입니다. 그리고 지금도 그렇습니다.

스트로가츠: 저는 그 기분을 알고 있습니다. 저는 때때로 제 대학원생들에게 이렇게 말하곤 합니다. 질문이 무엇이든 거의 중요하지 않고, 발견의 과정이 너무나 보람 있고, 충분히 깊이 있게 살펴보기 시작하면 모든 것이 흥미로워진다는 것입니다.

샤함: 물론입니다. 드물지만 보람이 있습니다.

스트로가츠: 하지만 프랜시스 크릭이 한 번 말한 적이 있는데, 중요한 문제를 다루는 것도 사소하거나 흥미롭지 않거나 중요하지 않은 문제를 다루는 것만큼 쉽다는 말은 어떨까요? 당신은 어떤 외부적인 의미에서 중요한 일을 하고 싶다는 측면에 대해 생각해 본 적이 있나요?

샤함: 저는 다음 목표가 무엇인지 결정하려고 할 때 종종 그 인용문을 생각해 왔습니다. 하지만 제 생각에는 중요한 것과 중요하지 않은 것을 결정할 오만함이 부족하다고 말씀드리겠습니다. 그리고 과학은 어느 순간 중요하지 않고 주변적인 것처럼 보였던 발견이 불과 몇 십 년 후에 유행이 된다는 것을 거듭해서 증명해 왔다고 생각합니다. 그리고 이는 생물학에서도 사실일 수 있습니다. 이는 물리학에서도 사실일 수 있습니다. 이는 수학에서도 사실일 수 있습니다. 그래서 저는 크릭이 제안한 이 특정 계획으로 제 자신을 좁히면 제가 상상할 수 있는 것보다 훨씬 더 흥미진진할 수 있는 발견 영역을 제외할 수 있다고 생각합니다. 그리고 저는 제 상상력이 아무리 좋더라도 미래를 그렇게 예측할 만큼 충분하지 않다고 생각합니다.

[테마연극]

스트로가츠: 저는 개인적으로 그 답변에서 큰 기쁨을 얻고 있습니다. 겸손의 미덕은 사실 당신이 설명한 바로 그 이유 때문에 매우 실용적인 것일 수 있습니다. 우리는 그것을 잘 모릅니다. 하루 종일 당신과 이야기할 수 있을 것 같아요, 샤이. 정말 멋진 시간이었습니다.

샤함: 좋아, 스티브. 정말 즐거웠어.

스트로가츠: 우리는 세포 생물학자이자 신경 과학자인 샤이 샤함과 이야기를 나누었습니다. "The Joy of Why"에 함께해 주셔서 정말 감사합니다.

샤이함: 고마워요, 스티브.

[테마 계속]

스트로가츠: 듣기 주셔서 감사합니다. "The Joy of Why"를 즐기고 계시고 아직 구독하지 않으셨다면, 듣고 있는 곳에서 구독 또는 팔로우 버튼을 누르세요. 프로그램에 대한 리뷰를 남길 수도 있습니다. 이는 사람들이 이 팟캐스트를 찾는 데 도움이 됩니다.

'The Joy of Why'는 팟캐스트입니다. Quanta Magazine, Simons Foundation에서 지원하는 편집 독립 간행물. Simons Foundation의 자금 지원 결정은 주제 선택, 게스트 또는 이 팟캐스트 또는 Quanta Magazine.

"The Joy of Why"는 PRX Productions에서 제작했습니다. 제작팀은 Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler, Merritt Jacob입니다. PRX Productions의 총괄 프로듀서는 Jocelyn Gonzales입니다. Morgan Church와 Edwin Ochoa가 추가 지원을 제공했습니다.

~ Quanta Magazine, John Rennie와 Thomas Lin은 Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Arleen Santana 및 Meghan Willcoxon의 지원을 받아 편집 지침을 제공했습니다. 사미르 파텔은 콴타의 편집장.

우리의 테마 음악은 APM Music에서 나왔습니다. Julian Lin이 팟캐스트 이름을 생각해냈습니다. 에피소드 아트는 Peter Greenwood의 작품이고 로고는 Jaki King과 Kristina Armitage의 작품입니다. Columbia Journalism School과 Cornell Broadcast Studios의 Bert Odom-Reed에게 특별히 감사드립니다.

저는 호스트인 Steve Strogatz입니다. 질문이나 의견이 있으시면 다음 주소로 이메일을 보내주세요. [이메일 보호]. 듣기 주셔서 감사합니다.