수정란에서 배아로의 성장

다음은 수정란에서 배아로 성장하는 과정을 보여준다.

 

수정된 난자의 세포분열 과정은 난할(cleavage)이라고 불리며, 이는 수정 후 초기 배아 발달의 첫 번째 단계이다. 이 과정은 주로 유사분열(mitosis)을 통해 이루어지며, 난자가 세포 덩어리로 분할된다. 

1. 수정 후 첫 분열 (1세포기에서 2세포기)
   • 수정된 난자는 첫 번째 유사분열을 통해 두 개의 동일한 딸세포로 분열된다. 이 단계는 약 24시간 내에 발생한다.
2. 세포 분열 반복 (4세포기, 8세포기, 16세포기)
   • 첫 번째 분열 후, 딸세포들은 계속해서 유사분열을 통해 4세포, 8세포, 16세포로 나누어진다. 이 때 세포 크기는 줄어들지만 전체 크기는 유지된다. 이 시기를 "난할기"라고 부른다.
3. 모루라(morula) 단계
   • 16세포 정도로 분열된 배아는 "모루라"라고 불리는 단계를 형성한다. 이때 세포들은 구형의 덩어리를 이루며 단단하게 뭉쳐 있다.
4. 주머니배(blastocyst) 형성
   • 모루라가 더 많은 세포로 분열하면서 내부에 액체가 차기 시작해 주머니배를 형성한다. 주머니배는 바깥층의 영양세포(trophoblast)와 안쪽의 내세포 덩어리(inner cell mass)로 나뉜다. 이 구조가 자궁에 착상된다.
5. 배엽 형성 및 분화
   • 착상 후, 내세포 덩어리는 배엽으로 분화된다. 3개의 주요 배엽인 외배엽, 중배엽, 내배엽으로 나뉘며, 각각 신경계, 근골격계, 소화기관 등 다양한 조직으로 발달한다.

이러한 분열과 발달 과정을 통해 수정란은 점차 배아로 성장하게 된다.

모루라(morula) 단계는 누구에 의해 만들어지는가? 

가장 궁금한 것은 16개까지 분영하다가 갑자기 구형의 구조를 만들게 된다는 것이다. 그냥 32개,64개,128개로 계속 분열만하는 것이 아니라 갑자기 구조를 만들기 시작하고 이후로 더욱 복잡한 구조들을 만들기 시작한다. 이는 누구에 의해 조정되는 것일까? DNA에 의해 동작하는 것일까?

현재까지 알려진 부분을 정리해보았다.

 

16개의 세포로 분열된 이후 모루라를 형성하는 과정에서 관여하는 주체는 결국 배아의 자체 세포와 그 안에 있는 유전적 정보(DNA)이다. 그러나 이 과정은 단순히 DNA에 모든 명령이 쓰여 있는 것만으로 이루어지는 것이 아니라, 다양한 세포 내 신호 전달 체계와 외부 환경의 상호작용에 의해 조절된다.

DNA는 세포가 언제, 어떻게 분열하고 어떤 역할을 수행할지에 대한 기본적인 설계도 역할을 한다. 그러나 세포 분열이 일어나고 세포가 특정한 구조(예: 모루라)를 형성하는 과정은 유전자 발현의 조절과 세포 간 상호작용에 의해 좌우된다.

세부적으로는 다음과 같은 요소들이 관여한다.

1. DNA와 유전자 발현:
   • 수정 후 발생 과정에서 DNA는 어떤 유전자들이 켜지고 꺼질지를 결정하는 "설계도"로 작용한다. 예를 들어, 특정 단백질을 생성하는 유전자들이 활성화되면 세포 분열이 진행되거나 세포 간 결합이 강화됩니다.
2. 세포 간 신호 전달:
   • 모루라 단계에 이르면 세포들은 서로 신호를 주고받으며 자신들의 위치와 역할을 결정한다. 이 과정은 세포 표면에 있는 수용체를 통해 이루어지며, 세포가 어떤 형태로 배열되고 모루라를 형성할지 결정하는 데 중요한 역할을 한다.
3. 에피제네틱스:
   • 유전자가 발현되는 방식은 DNA 자체뿐만 아니라, 외부 환경과 세포 내 다른 요소들에 의해 영향을 받는다. 에피제네틱스는 유전자 발현을 조절하는 메커니즘 중 하나로, 환경적 요인이나 세포 상태에 따라 유전자 발현을 변화시킬 수 있다.

따라서, 모루라 형성은 DNA에 있는 유전 정보에 따라 세포가 분열하는 기본적인 과정과 함께, 세포 간 신호 전달과 환경적인 요인이 결합된 복합적인 과정이라고 할 수 있다.

모루라를 형성하는 과정에서 자궁내의 환경과 세포들 간의 정보교환을 통해 그 시기와 모양이 결정되는 것은 매우 신비로운 현상이다. 무슨 일이 일어나고 있는 것일까?