1) 분자 수준의 조절 시스템에 의해 조절되는 진핵세포의 세포주기
식물이나 동물체의 각 부분에서 세포분열의 시간과 속도는 정상적 생장, 분화 및 유지에 매우 중요합니다. 세포분열의 빈도는 세포의 종류에 따라 다르게 나타납니다. 예를 들면, 인간의 피부 세포는 일생 동안 높은 빈도로 분열하는 반면 간 세포는 분열할 수 있는 능력은 지니고 있지만 상처를 치유하는 등의 필요가 있을 때에만 분열을 하게 됩니다. 완전하게 성숙된 신경세포와 근육세포 등과 같은 가장 특성화 된 일부의 세포는 성체에서 더이상 분열하지 못합니다. 이러한 세포주기의 차이는 분자적인 수준에 조절에 기인합니다. 이러한 조절 메커니즘은 세포의 생활사를 이해한다는 점에서 뿐만 아니라 암 세포가 어떻게 정상적인 조절을 벗어날 수 있는지를 이해한다는 측면에서도 매우 큰 관심의 초점이 되고 있습니다.
2) 세포질내 신호의 증거
무엇이 세포주기를 조절하는 것일까요? 1970년대 초 다양한 실험을 통하여 세포주기가 세포질 내에 존재하는 특정한 신호분자에 의해 진행된다는 가설이 제시되었습니다. 이 가설을 입증하는 첫 번째 강력한 증거는 배양 중인 포유동물 세포를 이용한 실험을 통해 얻어졌습니다. 이 실험에서는 다른 세포주기에 있는 두개의 세포를 융합하여 두 개의 핵을 지닌 하나의 세포를 얻었습니다.
3) 세포주기 조절 시스템에서의 확인점
동물세포와 효모를 이용한 그 밖의 다른 실험 결과들을 통하여 세포주기의 일련의 사건들이 독특한 세포주기 조절 시스템(cell cycle control system)에 의하여 조절된다는 것이 알려졌습니다. 세포주기 조절 시스템에서는 세포내의 분자들이 주기적으로 작용하여 세포주기의 주요 단계를 유도하거나 조절하게 되며, 이는 세탁기의 조절기구와 비교될 수 있습니다. 세탁기의 조절기와 같이 세포주기 조절 시스템은 내재된 시계에 의해 스스로 작동합니다. 그러나 세탁기의 조절이 수조에 물이 차면 작동하는 감지 장치와 같은 내부의 조절 작용과 시작 스위치와 같은 외부의 장치에 의해 조절되는것과 같이 세포주기도 내부와 외부의 조절에 의해 특정한 확인점에서 조절됩니다.
세포주기에서의 확인점(checkpoint)은 정지 및 출발 신호에 의해서 주기가 조절될 수 있는 결정적인 조절 시점입니다. 동물세포는 대부분 내재된 정지 신호를 기본적으로 가지고 있어서 출발 신호에 의해서 세포주기가 진행될 때까지 세포주기가 멈춰 있게 됩니다. 확인점에서 작용하는 여러 신호들은 세포 내의 여러 가지 감시 매커니즘을 통해 전달되는데 이들 신호는 그러한 단계까지 일어나야 하는 중요한 세포내 과정들이 실제로 완전히 진행되었는가와 세포주기가 진행되어야 할지의 여부를 보고하게 됩니다. 확인점에서는 또한 세포 외부로부터의 신호도 작용하게 됩니다. 세 가지의 주요 확인점이 나타날 수 있습니다.
세포주기는 사이클린(cyclin)이라 불리는 단백질과 사이클린에 결합하는 인산화효소(단백질을 인산화하여 기능을 활성화하거나 불활성화하는 효소)를 포함한 한 세트의 조절 단백질과 단백질 복합체에 의해 분자 수준에서 조절됩니다. 세포가 어떻게 세포주기를 진행해가는지를 이해하기 위해서는 세포주기 시계를 멈추거나 계속 가도록 만들수 있는 확인점 신호에 대해 살펴보아야 합니다.
세포 내외에서 기인하는 여러 가지 신호를 사이클린, 인산화효소, 기타 단백질에 의한 반응으로 연결시키는 경로에 대한 연구가 현재 진행중에 있습니다. 내부 신호의 예로는 세 번째 중요한 확인점인 M기 확인점의 예를 들 수 있습니다. 자매염색분체가 분리되는 후기는 모든 염색체가 중기판에 적절하게 배열되어야만 시작됩니다. 방추사부착점이 일부라도 방추사 미세소관과 결합하지 않으면 자매염색분체가 결합된 채로 남게 되어 후기가 지연됩니다. 모든 염색체의 방추사부착점이 방추사에 적절하게 연결된 다음에야 조절 단백질이 활성화됩니다. 그러면 일련이 복잡한 경로를 거쳐 세퍼레이즈 효소가 활성화되고 코헤신이 잘려 염색분체가 분리됩니다. 이러한 매커니즘에 의해 딸세포는 염색체를 잃어버리거나 더 가지지 못하게 됩니다.