세포, 생명의 마이크로 코스모스 탐사기

서문

1장 세포의 ‘주기율표’를 찾아서
인체를 구성하는 세포
세포를 구분하는 방법
RNA와 세포
단일 세포 RNA-seq
인간게놈프로젝트와 세포의 미스터리
유전체의 3차원 구조
세포 아틀라스 프로젝트

2장 세포를 ‘보다’
현미경의 발명
로버트 훅과 ‘셀’
살아 있는 세포를 보다
해부학과 현미경의 만남

3장 세포 이론
광학현미경의 개선
세포 이론의 태동
세포는 세포로부터
화학 공업의 발전과 세포 염색
뉴런주의(Neuron Doctrine)의 탄생

4장 세포를 만드는 정보
전성설
난자와 수정을 발견하다
다윈의 ‘제뮬’과 ‘범생설’
플레밍과 염색체
염색체의 중요성을 알아본 보베리
성을 결정하는 염색체
모건, 초파리, 유전자 지도

5장 생명의 화학 공장, 세포
유기물질을 ‘합성’하다
유스투스 리비히와 생물화학
실험생리학의 확립
단백질의 발견
발효와 효소
단백질과 효소의 관계
에너지를 생산하고 소비하는 화학 공장
에너지 화폐 ‘ATP’

6장 세포생물학의 탄생
원심분리기
생체막
세포 구조물의 원심분리
전자현미경의 등장
세포 발전소, 미토콘드리아
소포체와 리보솜
세포 단백질의 ‘요람에서 무덤까지’
세포생물학의 탄생

7장 유전자 전성 시대
프리드리히 미셔와 ‘뉴클레인’
DNA 구성 물질의 결정과 4염기 모델
폐렴균이 알려준 유전물질
이중나선
하나의 유전자, 하나의 효소(단백질)
DNA로부터 단백질까지 ‘중심 원리’의 완성
진핵세포는 다르다
재조합 DNA 기술

8장 세포 수명
시드니 링거와 링거액
최초의 동물 세포 체외 배양
알렉시 카렐의 ‘불멸 세포’
세포 배양 기술의 발달
헬라(HeLa)
헤이플릭의 한계(Heyflick Limits)
텔로미어

9장 죽지 않는 세포
성게 알에서 얻은 힌트
환경 요인과 병원체에 의한 발암
필라델피아 염색체
암 유전자(oncogene)
암 억제 유전자(tumor suppressor)
암 전이
암의 특징

10장 세포 복제
유전물질을 복제하는 시기
방추사와 그 구성 물질
성숙촉진인자(MPF)
돌연변이 효모와 세포주기 조절
MPF = 사이클린 + cdc2
단백질 분해와 사이클린 조절
분열 체크포인트
DNA 손상과 체크포인트
세포자멸사

11장 세포골격
근육을 움직이는 단백질, 마이오신
액틴의 발견
슬라이딩 필라멘트 모델
액틴과 마이오신에 대한 분자 단위의 이해
근육세포가 아닌 세포에 있는 액틴과 마이오신
미세소관이란 트랙 위에서 달리는 키네신
세포를 움직이게 하는 액틴
세포분열을 일으키는 액틴

12장 세포 발생의 미스터리
모자이크 이론
발생 조절 이론
모포젠(morphogen)
초파리 발생유전학과 모포젠의 발견
분화하는 세포들의 유전정보
조혈 줄기세포

13장 후성학과 줄기세포
포유류의 배 발생 과정
테라토마와 배아 줄기세포
분화하는 세포의 DNA에서 일어나는 변화
DNA 메틸화와 유전자 발현 조절
히스톤과 크로마틴
동물 발생과 후성학적 변화
리프로그래밍, 후성학적 표지의 초기화
유도만능 줄기세포
세포 직접 리프로그래밍

14장 세포 치료와 불사의 꿈
장기이식과 이식 거부 현상
조직접합성 복합체
MHC, 세포성 면역의 핵심 단백질
조혈 줄기세포와 백혈병 치료
인간배아 줄기세포
핵치환 줄기세포
인간 복제배아 줄기세포는 가능한가?
줄기세포 치료의 현실
오가노이드(organoid)
면역세포를 변형한 암 치료(CAR-T세포)

15장 살아 있는 세포의 영상화
면역형광염색법과 형광현미경
살아 있는 세포의 현미경 관찰
GFP, 녹색형광단백질
광학현미경의 한계를 넘어서
살아 있는 세포의 영상화와 입체 영상 기술

16장 인간게놈프로젝트, 그후
세포의 설계도
인간게놈프로젝트
모델생물의 염기서열 결정
민간과 공공 부문의 경쟁
인간유전체의 의미
개인의 유전적 차이 세포마다 차이가 나는 이유
유전체 읽기와 유전체 고쳐쓰기

에필로그: 생물학자는 인공세포의 꿈을 꾸는가
시스템 생물학: 전체적인 관점에서 다시 보는 세포
모델화와 예측
합성생물학: 만들지 않으면 이해할 수 없다?
단백질 디자인
세포 내 회로의 재설계

참고문헌
인명 찾아보기
용어 찾아보기
컬러 화보

세포 아틀라스 프로젝트는 인간게놈프로젝트에 비견될 만한 거대한 연구 과제다. 두 프로젝트 모두 인체의 신비를 기본적인 단위체(유전자 vs 세포) 수준에서 규명하고자 전 세계 수많은 연구자를 동원했다. 세포 아틀라스 프로젝트의 목표는 각기 다른 세포가 어떤 RNA를 만드느냐를 기준으로 세포를 분류하는 것이다. 인체에 있는 모든 종류의 세포를 분석하여 완벽한 카탈로그를 만들기 위해서는 얼마나 많은 세포를 분석해야 할까? ― 1장 세포의 ‘주기율표’를 찾아서

1. 모든 생물은 하나 이상의 세포로 구성되어 있다. 2. 세포는 동물과 식물의 기본 구조 단위이다. 3. 세포는 세포로부터 유래한다. ‘세포 이론’을 구성하는 세 개의 축이 완성되자, 세포가 생물을 구성하는 모든 조직의 기능적 기본 단위라는 것에 과학자들의 의견이 일치하기 시작했다. ― 3장 세포 이론

초파리 연구를 시작할 때 모건은 멘델의 유전법칙이나 서턴-보베리 염색체 이론을 크게 신뢰하지 않았다. 스티븐스의 성염색체 연구에도 의구심을 품고 있었다. 그의 목적은 환경 변화에 의해서 성이 결정된다는 것을 입증하는 것이었다. 결과는 자명했다. 그의 실험 목적은 달성되지 못했다. 오히려 스티븐스의 관찰을 재확인했으며, 그동안 그다지 신뢰하지 않았던 멘델의 유전법칙에 관심을 갖게 되었다. ― 4장 세포를 만드는 정보