세포 코어 보존 과정과 생의 출현의 구조이론

 

 

복잡이라는 단어는 라틴어 뿌리 plectere에서 유래했으며, 이는 '엮다' 또는 '얽히다'라는 뜻이다. 복잡계에서 많은 단순한 부분들이 불가분하게 얽혀 있으며, 복잡성 분야 자체가 여러 다른 분야들이 얽혀 있다. 복잡계 연구자들은 자연에서 발견되는 다양한 복잡계, 예를 들어 세포, 곤충 집단, 면역계, 뇌, 경제 등이 많은 공통점을 가지고 있다.

 

세포의 코어 보존 과정

 

세포의 복잡계는 네트워크에서 나타나는 다양한 촉매활동과 피드백 루프에서 볼 수가 있다. 세포의 진화는 중단-평형-혁신적 출현으로 특징된다. 원핵세포에서 진핵세포로의 이행과 발전은 누적되고 점진적 진화로 볼 수 없다. 오히려 그것은 10억년의 중단과 평형상태를 보여준다. 다세포 유기체의 세포 안에서 나타나는 상호작용과 촉매활동은 코어 보존 과정으로서 인간의 세포의 삶에 이어진다.

 

세포의 코어 보존과정은 일반적으로 DNA 복제와 RNA 전사 그리고 단백질 번역과 합성으로 볼 수 있다. 여기서 중요한 것은 히스톤 단백질과 크로마틴 규제 메카니즘이다. 유전자는 세포의 네트워크에서 변형되고 삭제되며 편집된다. 인간의 삶을 결정하는 것은 유전자가 아니다. 세포의 메카니즘에서 유전자는 조직과 유기체의 표현형으로 흡수되고 예속된다.

 

세포의 복잡시스템을 이해할 때 중요한 것은 자연선택이 아니라 네트워크 활동을 통해 수백개의 핵심보존과정이며, 이러한 활동을 통해 촉진된 변이가 나타나고 기관의 다각화와 유기체의 발전에 영향을 미친다.    

 

DNA와 세포 유기체

 

세포의 열린 환경에서 수소와 산소의 결합은 미토콘드리아 막에서 생긴다. 물 분자의 합성에서 나타나는 에너지 생성 신진대사는 보편적인 에너지 운반체 (ATP)를 부산물로 만들어낸다. ATP 합성은 열역학적으로 보면 물분자 합성과 결합되며 인산화로 귀결된다.

 

물의 합성과정에서 수소 이온은 세포막 사이로 침투하며, 이온 운반은 단백질 복합체의 변화에 영향을 받는다. 단백질 이온 채널에서 전자 운반체가 물분자의 합성에 관여하면서 양자효과가 발생한다 (Systems Biology, 61).

 

세포의 생은 세포막의 열린 환경과의 교류에서 시작한다. 수소와 전자 단백질 운반체의 통합은 히스톤 변형에서 나타나는 화학반응이 중요하다. DNA는 생의 블루 프린트가 아니다. 인간게놈은 30억개의 염기 쌍으로 이루어졌다.

 

DNA 복제과정에서 30억개의 뉴클레오타이드 염기서열 (CGAT) 가운데 만 개에서 하나의 오류가 발생한다. 게놈에서 3백만개의 오류 (돌연변이)가 발생한다. DNA 손상을 복구하는 것은 단백질의 메카니즘이다. DNA 유전자 표현은 세포의 네트워크에서 단백질 효소와 메카니즘(RNA 전사와 단백질 번역)에 의해 규제되고 편집되어 세포조직과 기관과 유기체로 통합된다.

 

RNA 전사 규제

 

세포분열의 다른 사이기(G1, G2)에서 크로마틴은 히스톤 꼬리에서 나타나는 화학반응과 더불어 느슨한 형태로 풀린다. DNA는 뉴클레오솜과 반응하면 조그만 구멍이 생겨난다. 구멍은 크로마틴 내부의 채널이 되며, 이것을 통해 유전자들은 외부의 효소들에 의해 접근되고 전사가 시작된다 (Introduction to Epigenetics, 23).

 

시작단계에서 RNA 중합요소들이 DNA한 쪽 가닥을 열고 mRNA로 전사한다. 지속단계에서 중합요소들은 DNA 템플릿을 사용하면서 RNA 체인을 합성한다. 종결 단계에서 DNA와 RNA는 분리되며 종합효소들은 리사이클하며 전사를 개재한다 (ibid, 34).

 

전사 과정에서 뉴클레오솜이 배열되며 히스톤 변형이 동반되며 유전자를 규제한다. mRNA는 핵 외부로 나가 세포질에서 리보솜과 tRNA와 더불어 단백질을 합성하고 유전정보를 번역한다. 전사과정은 최초로 유전형질의 표현을 조직과 기관에 수행한다. 유전형질에 결정적인 영향을 미치는 것은 크로마틴 규제 메카니즘에 있다.

 

히스톤 변형효소는 크로마틴을 리모델링 과정에 연결하며, 이것은 DNA 포장 상태에 변화를 가져온다. DNA 메텔화는 에피게놈 변형의 중요한 메카니즘이다. 이것은 전사요인들에 대한 신체적 장애로 작용하며, 또한 환경적인 요소와 삶의 질 그리고 영양학적인 차원에 의존된다. 이것은 DNA를 변형하면서 (DNA 시퀀스는 유지된다) 세대에 걸친 유전과 질병으로 이어진다.

 

크로마틴 리모델링

 

크로마틴 리모델링은 다음과 같다.

 

1. 슬라이딩: 뉴클레오솜은 DNA을 따라 슬라이딩하면서 DNA를 지나치게 열지 않으면서 시퀀스를 규제한다. 2. 뉴클레오솜 축출(eviction): DNA는 보다 많이 열리고, 한 두개의 코어 히스톤이 완전히 제거된다. RNA 중합효소들은 DNA에 보다 효율적으로 접근하고 전사를 한다.

 

3. 히스톤 교환: 코어 히스톤의 한 두개의 단위들은 다른 히스톤 변형에 의해 대신된다. 예를들면 코어 히스틴의 단위인 H2A 는 다른 변형인 H2A.Z 에 의해 교환된다. 이것은 RNA 전사과정이나 손상된 DNA 복구에 필요한 자리에 있다. H2A 는 가장 높은 변형수를 가지고 있다 (Fundamentals of Cell Biology, 78).

 

히스톤 변형과 크로마틴 리모델링은 DNA 복제와 RNA 전사 그리고 단백질 합성과 손상된 DNA 복구에 관여한다. 유전형질은 세포의 규제 메카니즘 안에서 삭제되고 편집된다.

 

뉴클레오솜과 DNA에 H1이 달라 붙으면 크로마틴은 보다 압축 포장되면서 염색체가 된다. 크로마틴은 46개의 염색 쌍을 갖는 구조 즉 상동 염색체로 응축된다. 상동 염색체는 부모로부터 각각 받은 23개를 말한다. 남성과 여성의 유일힌 차이는 남성의 성염색체에 있는 Y 염색체이다. 여성은 XX, 남성은 XY로 규정이 된다.

 

자연과 환경의 시냅스

 

세포의 활동에서 상대적으로 단순한 구성 요소들은 서로 제한된 소통만을 하지만, 집합적으로 복잡하고 정교한 시스템 전반의 행동을 유발하는 복잡 시스템을 볼 수가 있다. 세포의 코어 보존과정은 인간의 삶에서 생물학적 자연과 사회적 환경의 접촉과 연결(시냅스)을 보여준다. 크로마틴의 규제 메카니즘에서 히스톤 변형이 나타나며, 특히 DNA 메텔화는 인간의 사회적 환경에 의해 초래된다.

 

생물학적인 "자연"은 사회적인 환경과 양육에 접촉되며, 더 이상 자연인가 아니면 환경인가 하는 이분화는 무의미하다. 인간의 생활세계는 생명의 웹에 엮어지며, 에코 시스템은 생의 본성과 현실성을 특징 짖는다.

면역 시스템은 상대적으로 간단한 구성 요소들이 집합적으로 신호 전달과 제어를 포함한 매우 복잡한 행동을 일으키고, 시간이 지남에 따라 적응이 이루어지는 시스템의 또 다른 예이다. 스탠포드 대학의 드보라 고르돈은 개미의 집단행동에 대한 생태학에서 시 공간에서 자원의 거대함을 고려했다. 살아있는 개미 시스템은 자원을 찾아 환경조건을 탐색하며 시 공간에 주어진 자원의 다양성에 의존한다. 자원의 다양성은 거대한 양의 정도에서 나타난다. 마찬가지로 세포 시스템은 공간의 영역에서 집단적인 자원을 사용한다

 

많은 다른 유형의 세포들이 면역 반응의 조율에 참여한다. T 세포(흉선에서 발달)는 B 세포의 반응을 조절하는 데 중요한 역할을 한다. 대식세포는 항체에 의해 표식된 물질을 찾기 위해 돌아다니며, 침입자를 파괴하는 실제 작업을 수행한다. 다른 종류의 세포들은 장기적인 면역을 형성하는 데 도움을 준다. 또 다른 부분은 자신의 몸의 세포를 공격하지 않도록 방어한다.

 

개미나 사회적 곤충들의 집단행동에서 특히 거대 자원을 사용하는 방식에서 세포의 네트워크와 행동패턴이 드러난다. 면역 시스템에서 T 세포들은 모세혈관을 통해 질병을 일으키는 바이러스나 박테리아를 찾아낸다. 단순한 역할을 하는 세포들—B 세포, T 세포, 대식세포 등—의 행동은 일종의 화학 신호 처리 네트워크로 볼 수 있다. 이 네트워크에서 한 세포가 침입자를 인식하면 세포들 사이에 신호의 연쇄 반응이 일어나 복잡한 반응이 시작된다. 바이러스나 박테리아들은 세포 내부의 공간에 집단적으로 군집한다. T 세포들은 염증신호를 통해 근처 림프절에 있는 세포들에게 병균에 응답하게 한다 ("Ecology of Collective Behavior"). 

 

더 나아가 세포의 코어 보존과정은 개인이나 사회적인 의미에서 정의의 문제를 다룰 때 중요하다. 정의의 문제는 생물학적 자연과 사회적 불평등을 연결하며, 생 의학적 질병의 차원을 정의에 대한 사회 경제적 관점에서 파악한다. 이것은 DNA 메텔화 과정에서 나타나는 에피게놈과 관련된다. 이것은 사회자연성의 중요한 실례를 제공한다.

 

에피게놈의 접근은 세포의 코어보존과정에 근거하며, 유전자 결정론을 거절한다. 신체 정치학은 인간의 몸을 지식과 권력의 상관관계를 담론의 축으로 파악하지만, 또한 생물학적 자연과 신체의 사회성을 시냅스한다. 여기서 시스템 생물학의 통찰은 푸코의 신체 정치학이 단지 권력 관계나 지배 담론형성에 의존되지 않고, 에피게놈의 사회경제적 차원 즉 물질적 이해관계에 사회학적으로 주목하게 도움을 준다.

 

"에피제네틱 몸"에 대한 사회학적 반성과 해명은 권력과 사회환경의 시냅스를 생활세계를 향해 열어 제치고, 특히 20세기 생물학적 결정론에 쐐기를 박는다. 모든 살아있는 유기체의 생에서 자연과 환경의 상호성이 중요하다. "살아있음"의 현상학은 세포의 구조와 패턴 그리고 네트워크에서 시작한다. 생활 세계이론은 생명의 웹과 에코 시스템안에서 정의의 문제를 권력에 대한 내재적인 비판과 해방의 기획으로 전개한다.