발생학문제(세포질에 의한 패턴형성)

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세포질 결정소에 의한 세포운명결정

 

1. 다음 중 세포부위와 세포의 자율적 특성화 현상이 틀리게 연결된 것은?

① 극세포질 – 신경형성 ② 연체동물의 극엽 – 중배엽 ③ P과립 – 생식세포

④ 황색신월환 – 근육형성 ⑤ 내세포괴 – 배아

 

답1) ① 극세포질은 생식세포로 분화된다

 

2. 유전자의 등가성에 대한 것으로 틀린 것은?

① 할구분리, 재생, 핵이식 실험 등을 통해 확인할 수 있다

② 유전자결실, 유전자 증폭, 유전자 재배열은 등가성을 따른다

③ 드리쉬의 성게 분할 실험은 조절적인 발생을 통한 등가성의 가능성을 보여주었다

④ 브리그스와 킹의의 핵 이식 실험을 통해 핵의 등가성이 증명되었다

⑤ 분화된 세포가 탈분화과정을 거쳐 다른 세포로 재분화 될 수 있다.

 

답2) ② 유전자결실, 유전자 증폭, 유전자 재배열은 등가성의 예외적 현상이다. 유전자의 등가성은 일반적인 현상이나 몇몇 동물의 발생과정에서는 예외적인 현상이 나타난다.

 

3. 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

ⓛ 세포의 구속은 세포 특성화와 운명결정으로 나뉘어 진다.

② 유전체의 등가성에 대한 실험적 배경에는 슈페만의 핵이동 실험과 브리그스와 킹의 핵이식 실험을 들 수 있다.

③ 복제 양 돌리는 성체의 체세포 핵을 이용하여 복제에 성공하였다.

④ 유전체 등가성은 모든 동물의 발생 과정에서 일어나는 일반적 현상이다

⑤ Ilyanassa의 D 할구 중 3D가 제거되면 심장과 장이 없는 유생으로 발달한다.

 

답3) ④ 유전체의 등가성은 일부 동물의 발생 과정에서 예외적 현상이 일어난다.

 

4. 초파리의 생식세포 형성에 관여하는 유전자의 작용순서가 맞는 것은?

① cappucino spire → staufen → oskar → vasa → tudor → 생식세포 결정소

② cappucino spire → oskar → staufen → vasa → tudor → 생식세포결정소

③ staufen → oskar → vasa → cappucino spire → tudor → 생식세포결정소

④ tudor → vasa → oskar → staufen → cappucino spire → 생식세포결정소

⑤ cappucino spire → tudor → staufen → oskar → vasa → 생식세포결정소

 

답4) ①

 

5. 세포의 운명 결정에 대한 설명 중 옳은 것은?

① 세포 특성화란 세포가 한번 운명이 결정된 세포는 다른 지역에서 주변의 영향을 받지 않고 스스로 분화 할 수 있는 능력을 말한다.

② 도롱뇽 성체의 렌즈를 제거해도 홍체의 탈분화 작용에 의해 새로운 렌즈가 형성된다.

③ 척추동물의 다양한 항체 형성은 유전자 증폭에 의한 결과이다.

④ 연체동물의 난할 과정 중 D할구의 분열 후 형성된 4D를 제거하면 심장과 장이 없는 유생으로 발달한다.

⑤ mtlrRNA는 생식세포 안으로 들어가 극세포의 형성에 관여한다.

 

답5) ② 세포가 주변의 영향을 받지 않고 스스로 분화할 수 있는 상태는 운명 결정이다.

항체 형성은 유전자 재배열에 의해 일어난다. 연체동물은 4D할구를 제거하면 거의 정상의 유생이 나온다. mtlrRNA는 생식세포 안으로 들어가지 않는다.

 

6. 다음 설명 중 옳은 것은?

① 세포의 운명결정이란 세포나 조직을 중립적인 환경에 놓았을 때 세포 운명지도와 같이 자율적으로 분화할 수 있는 능력을 갖는 상태가 되었을 경우를 말한다.

② 슈페만의 핵 이동 실험은 루우의 모자이크 발생 실험을 뒷받침하는 실험이었다.

③ 초파리 생식세포형성에 관여하는 유전자에서 staufen이 oskar mRNA의 편제에 영향을 준다.

④ 피낭류는 극엽이 중배엽을 형성할 물질을 가지고 있으며, 연체동물은 황색 신월환이 근육을 형성할 결정소를 가지고 있다.

 

답6) ③

 

7. 다음은 연체동물 배아의 자율적 특성화에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 연체동물은 형태형성 요소의 편재 현상을 보여주지 못한다.

② 나선형의 방향에 의해 달팽이 패각의 뒤틀림 현상이 나타난다.

③ 제2 분열이 시작되기 바로 전에 극엽이 한번만 형성된다.

④ 극엽은 동물극 주위에서 돌출한다.

⑤ 극엽의 세포질에는 외배엽 결정소가 있다.

 

답7) ② 연체동물은 형태형성 요소의 편재현상을 보여주며 제 1분열이 시작되기 전에 극엽이 형성되고 극엽은 식물극 주위에서 돌출하며 극엽의 세포질에는 중배엽 결정소가 있다.

 

8. 브리그스와 킹의 양서류 핵 이식 (nuclear tranplantation) 실험에 관한 설명이틀린 것은?

① 핵 치환 실험의 성공은 유전체의 등가성을 보여준다.

② 발생 단계의 이른 시기의 세포일수록 성체로 될 확률이 높다.

③ 포배의 분화 능력은 올챙이 시기에도 계속 유지된다.

④ 유전적 등가성은 재생이 될 수 없는 세포에서도 핵 이식을 통해 확인된다.

 

답8) ③ 분화 능력은 포배 이후 발생이 진전됨에 따라 급격히 감소되다가 올챙이 시기에는 거의 없다.

 

9. 다음 중 유전체 등가성을 증명한 실험이 아닌 것은?

① 4세포기의 성게 배아를 칼슘이 없는 배양액에서 격렬하게 흔들어 할구를 분리하여 발생시켰을 때, 크기는 작지만 정상적인 유생이 만들어진다.

② 유생시기의 도롱뇽의 렌즈를 제거하면 홍채로부터 렌즈가 만들어진다.

③ 무핵란에 개구리 포배의 핵을 주입시켜 발생을 유도했더니 정상적인 성체 개구리가 나왔다.

④ 포유류에서 성체의 세포를 G0로 만들어 무핵란과 융합시키면 완전한 성체가 만들어진다.

⑤ 양서류의 난자에서 리보솜 DNA는 선택적으로 증폭된다.

 

답9) ⑤ 리보솜 DNA가 선택적으로 다량복제되어 원래 유전체의 조성이 변한다.

 

10. 다음 중 초파리의 생식질을 결정하는 요소로 작용하는 것이 아닌 것은?

① Nanos 단백질

② Germ cell-less(gcl) mRNA

③ bicoid mRNA

④ mitochondrial large ribosomal RNA (mtlrRNA)

⑤ polar granule component (Pgc)

 

답10) ③ bicoid mRNA는 앞쪽을 결정하는 형태형성 요소이다.

 

11. 세포분화 유형 중 세포질에 의한 특성화 현상에 관한 설명으로 틀린 것은?

① 피낭류는 황색신월환이 근육을 형성할 결정소를 가지고 있다.

② 연체동물의 극엽은 중배엽을 형성할 물질을 가지고 있다.

③ 선충에는 P1과립이 들어있는 세포만이 생식세포가 된다.

④ 선충류, 곤충 및 양서류의 생식 세포는 생식질의 영향으로 운명이 결정된다.

⑤ 무척추 동물의 세포 분화는 일반적으로 세포간의 상호작용에 의해 결정된다.

 

답11) ⑤ 양서류나 포유류에서는 일반적으로 세포의 분화가 다른 세포와의 상호작용에 의해 결정된다. 이와는 달리 무척추동물은 수정란 내 세포질의 위치에 따라 다른 형태형성 요소들이 미리 자리 잡고 있어 초기 난할이 진행되는 동안 할구간에 질적인 차이가 일어난다.

 

12. 연체동물에서 나타나는 특징에 대해 옳은 설명은?

① 제1 분열이 시작되기 바로 전에 극엽을 형성해 동물극 주위에서 돌출하는 현상이 나타난다.

② 제1 분열 후 극엽은 D할구에 붙어있다.

③ 극엽에 있는 세포분화 결정소들은 유동성의 세포질이다.

④ 4d를 제거하면 심장과 장이 없는 유생이 된다.

⑤ 열성인 좌선형 암컷 달팽이(s/s)와 우성인 우선형의 이형의 수컷 달팽이(+/s)를 교배하면 모두 우선형이 된다.

 

답12) ④ 연체동물에서는 제1 분열이 시작되기 바로 전에 세포질의 일부가 마치 주머니와 같은 구조인 극엽을 형성해 식물극 주위에서 돌출하는 현상이 나타난다. 극엽은 첫 분열 후 CD할구에 연결되어 있으며 제 2분열후에는 D할구에 붙어있다. 극엽에 있는 세포분화 결정소들은 유동성의 세포질이 아니고 세포골격이나 피질에 부착되어 있다. 달팽이에서 패각의 방향은 모계유전자 산물에 의해 결정되므로 열성인 좌선형 암컷 달팽이(s/s)와 우성인 우선형의 이형의 수컷 달팽이(+/s)를 교배하면 모두 좌선형이 된다.

 

13. 다음 중 설명이 적당하지 않은 것은?

① 구속: 분화의 어느 시기까지는 외형적 변화가 없지만 이미 세포질은 다른 생화학적 운명을 갖게 되는 것

② 특성화: 세포나 조직을 배양기와 같은 중립적인 환경에 놓았을 때 세포 운명지도와 같이 자율적으로 분화할 수 있는 능력을 갖는 상태가 되는 것

③ 전능성 – 핵을 치환하였을 때 완전한 개체를 만들어 낼 수 있는 능력

④ 분화전환 – 분화된 세포가 그 이전의 상태로 돌아가는 것

⑤ 자율적 특성화 – 세포 특성화의 메카니즘 중 세포질 결정소에 의한 것

 

답13) ④

 

14. 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

① Wihelm Roux는 달군 침으로 양서류 2세포기 배아의 한 쪽을 찔렀을 때 반쪽만 발생함을 보고 제 1분열시 좌우할구로 다른 유전자가 나뉘어져 들어간다고 설명하였다.

② Driesch는 4 세포기의 성게 배아 할구를 분리하여 발생을 시켰을 때, 크기는 작지만 정상적인 유생이 만들어지는 것을 확인하였다.

③ Briggs와 King은 표범 개구리의 핵이식 실험을 통하여 분화된 세포의 핵이 다시 완전한 개체를 만들 수 있음을 확인하였다.

④ John Gurdon은 Xenopus의 물갈퀴 상피세포의 핵을 무핵란에 이식하는 실험을 통해 체세포의 핵은 전능성을 완전히 잃어버림을 증명하였다.

⑤ Ian Wilmut는 성체의 체세포를 이용 세계 최초로 복제 양을 만드는데 성공하였다.

 

답14) ④

 

III. 다음 질문에 대하여 구체적으로 설명하시오.

 

1. 유전자의 등가성의 예외에 대해 설명하시오.

답1) 유전체 등가성의 예외로는 크게 3가지를 들 수 있는데, 첫째로 유전자 결실은 일부의 환형동물, 갑각류 그리고 곤충에서 유전체의 일부를 상실하는 염색체 감소 현상으로 초기 난할단계의 체세포에서 일어난다. 둘째로, 유전자 증폭은 발생과정 중 특정 세포에서 선택적으로 한 종류의 유전자가 다량복제되어 원래 유전체의 조성이 변하는 현상으로 이는 단기간에 많은 유전자 산물이 필요한 경우에 일어나는 것으로 유전자의 발현조절 중 염색질 수준의 발현조절이다. 셋째는 유전자 재배열로서 유전자가 기능을 하기 위해 단백질을 만들면서 여러 유전자를 재배열하여 다양한 단백질을 만드는 것으로 유전자의 발현조절 중 전사이후 단계에서의 조절이다.

 

2. 세포의 구속(commitent)에 대해 설명하시오.

답2) 세포가 외형적인 변화는 없지만 생화학적으로 이미 달라진 상태를 구속이라고 하며, 세포의 구속은 세포의 특성화(specification)와 운명결정(determination)으로 나뉘어진다. 특성화는 자율적으로 분화할 수 있는 능력을 갖는 상태가 된 경우를 의미한다. 특성화가 일어난 세포를 최소배양액과 같은 중립적인 상황에 놓으면 자신의 운명대로 발생을 하지만, 배아의 다른 지역으로 이식하면 운명이 바뀌게 된다. 운명결정이 일어난 세포는 배아의 다른 지역에 가더라도 자신의 운명대로 발생한다. 즉 자신의 운명대로 스스로 분화할 수 있는 능력을 갖는다.

 

3. 초파리에서 극세포질이 생식세포를 결정한다는 실험적 증거를 설명하여라.

답3) P유전자형을 갖는 수정란의 뒤쪽 극세포질을 추출하여 Y유전자형을 갖는 수정란의 앞쪽에 이식한다. 이 Y수정란의 앞쪽 세포를 뽑아 G유전자형을 갖는 수정란의 뒤쪽에 이식한다. G수정란이 성체가 되어 자손을 낳았을 때 G유전자형 뿐만 아니라 Y유전자형의 자손도 나온다. 이는 P수정란의 극세포질 성분이 Y수정란의 앞쪽에서 생식 세포 형성을 유도하며, 이런 Y수정란의 생식세포가 G수정란의 극세포질 부분에 이식되어 Y, G 모두의 자손이 나오게 된 것이다. 따라서 극세포질이 생식세포의 형성에 중요함을 알 수 있다.

 

 

조상환

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