16과 정답과 해설

Microtubule organization in a neuron

Cytochalasin B는 actin filament의 plus end(barbed end)를 capping한다. Plus end가 막히면 새로운 ATP-actin 추가가 불가능해진다. 그러나 minus end(pointed end)에서는 ADP-actin의 탈중합이 계속 진행된다. Plus end 추가 = 0, minus end 탈중합 = 지속 → 결국 filament 전체가 짧아지다가 소실된다. Treadmilling 상태에서도 마찬가지: plus end가 막히면 net loss만 남는다.

②: Latrunculin의 작용 기전. Cytochalasin B는 G-actin에 결합하지 않는다.
③: Arp2/3 억제제(예: CK-666)의 효과.
④: Cofilin은 ADP-actin을 절단하지만, Cytochalasin B와 무관.
⑤: Tropomodulin 관련 설명이며 Cytochalasin B 기전과 무관.

Q2 — 정답: ①

sarcoplasmic reticulum

T tubules

Thapsigargin이 SR의 SERCA(Ca²⁺-ATPase)를 비가역적으로 억제하면 수축 후 세포질 Ca²⁺을 SR 내강으로 회수할 수 없다. 세포질 Ca²⁺이 지속적으로 높게 유지되면 TnC가 계속 Ca²⁺을 결합 → TnI가 actin에서 유리된 채로 있고 → tropomyosin이 myosin 결합 부위를 노출한 상태 유지 → 근육 이완 불가(contracture). 결과적으로 수축 상태가 고착되어 근육 경직이 일어난다.

②: SR 내강 Ca²⁺ 고갈은 부분적으로 맞으나, ryanodine receptor가 고갈되기 전에 이미 세포질 Ca²⁺ 상승 문제가 발생하고, 세포질 Ca²⁺ 상승이 주된 병리.
③: TnI는 Ca²⁺ 없이도 actin에 결합하여 차단하는 것이 정상; Ca²⁺ 상승 시 오히려 TnI-actin 결합이 약해진다.
④: Ryanodine receptor는 되먹임 차단 기전이 일부 존재하나, 이것이 주된 답이 아니다.
⑤: SERCA 억제는 ATP 소비 감소이지만, 이것이 myosin ATPase에 영향을 미치는 정도는 미미.

Q3 — 정답: ②

axoneme bending

Ciliary dynein

Axoneme에서 ciliary dynein arm은 A microtubule에 부착되어 인접 doublet의 **B microtubule을 향해 이동(sliding force 발생)**한다. 정상적으로 nexin(conexin)이 doublet 간 간격을 제한하여 sliding이 bending으로 전환된다. Nexin 제거 실험(trypsin 처리)을 하면 doublet들이 자유롭게 미끄러져 굽힘 없는 sliding만 발생한다 → nexin이 sliding을 bending으로 전환하는 핵심 구조임을 보여준다.

①: Dynein ATPase는 nexin과 무관; sliding force 자체는 정상 발생.
③: 각 doublet 쌍 동기화 조절이 nexin의 주된 기능이 아님.
④: Central pair–radial spoke 신호는 nexin을 통하지 않음.
⑤: Nexin는 B microtubule 안정화가 아니라 doublet 간격 유지가 기능.

Q4 — 정답: ②

dynein

Cytoplasmic dynein은 단독으로 organelle에 결합하지 못하며, dynactin complex + 추가 adaptor 단백질이 필요하다. Dynactin의 Arp1 filament가 vesicle 표면 수용체에 결합하여 dynein을 organelle에 연결한다. Arp1에 돌연변이가 생겨 이 결합이 불가능하면 → dynein이 organelle을 잡을 수 없어 → retrograde 수송(endosome, 리소솜, 미토콘드리아 등)이 차단된다. Dynein 자체의 motor 활성은 유지되므로 microtubule을 따라 이동 능력은 있다.

①: Dynein motor 활성 자체는 유지됨.
③: Kinesin-1은 dynactin과 독립적으로 기능.
④: Dynein은 항상 minus end 방향으로 이동하며 plus end로 비특이적 이동하지 않음.
⑤: Dendrite는 혼합 극성이며, axon의 plus end가 말단을 향하므로 dynein은 axon에서 retrograde 수행.

Q5 — 정답: ②

preferential growth of microtubules

Microtubule의 dynamic instability는 GTP cap 소실이 핵심이다. 중합 시 β-tubulin의 GTP가 중합 직후 GDP로 가수분해되어 filament 내부가 GDP-tubulin으로 채워지고, 끝부분에만 GTP-tubulin cap이 유지된다. GTP cap이 있으면 안정 → cap이 소실되면 catastrophe. GTP 가수분해가 일어나지 않으면 → 중합된 filament 전체가 GTP-tubulin 상태 → GDP cap 형성 불가 → catastrophe가 일어날 수 없음 → dynamic instability 소실. 이는 taxol이 filament를 안정화하는 것과 유사한 결과를 낸다.

①: GTP 가수분해 불가 → cap이 ‘영구적으로’ 유지되는 상황이므로 catastrophe가 줄어들지 늘어나지 않음.
③: 핵형성 속도 변화가 주된 결과가 아님.
④: GTP 결합 자체는 정상; 가수분해 여부만 변화.
⑤: Rescue 빈도는 GTP-tubulin 공급과 연관; catastrophe 자체가 없어지는 것이 주된 결과.

Q6 — 정답: ①

troponin

평상시 TnI는 actin에 결합하여 tropomyosin이 myosin 결합 부위(strong actin-myosin overlap region)를 **차단 위치(blocking position)**에 유지되도록 한다. TnI의 actin 결합 도메인에 돌연변이가 생겨 결합이 불가하면 → tropomyosin이 차단 위치에 고정되지 않음 → Ca²⁺ 없이도 tropomyosin이 위치를 이동하여 myosin 결합 부위가 노출 → 자발적 수축(constitutive contraction). 이는 Ca²⁺-independent activation으로 치명적일 수 있다.

②: TnC의 Ca²⁺ 친화도는 TnI 돌연변이와 직접적 관련이 없음.
③: TnI-actin 결합 불가와 TnI-TnT 결합은 별개 도메인에 위치.
④: 반대 결과; 차단이 해제되는 것이 문제.
⑤: Tropomyosin이 자유롭게 회전하지는 않으며, 구조적으로 actin groove를 따라 이동.

Q7 — 정답: ①

Rho family

cell migration by actin cytoskeleton

Organization of accessory proteins in a sarcomere

Rac1은 Arp2/3 complex를 활성화하는 NPF(WAVE/SCAR)를 통해 lamellipodia 형성을 주도한다. Dominant negative Rac1(GDP-locked)은 내인성 Rac1의 GEF에 경쟁적으로 결합하거나 downstream effector 경로를 차단하여 → Arp2/3 매개 dendritic actin network 형성 불가 → lamellipodia 소실 → protrusion 단계 차단 → 방향성 이동 현저히 감소.

②: Filopodium은 Cdc42 → formin 경로; Rac1과 무관.
③: DN-Rac1이 RhoA를 직접 활성화하지는 않음.
④: DN-Rac1이 Cdc42 GEF에 결합하는 근거 없음.
⑤: Rac1 억제는 Arp2/3를 비활성화하는 것이지, 역설적으로 활성화하지 않음.

Q8 — 정답: ①

major accessory proteins of the actin cytoskeleton

Tropomodulin은 sarcomere thin filament의 **minus end(pointed end, free end)**를 capping하여 길이 균일성을 유지한다. Knockout 시 → minus end가 노출 → 비조절적 subunit 해리/추가 → 각 thin filament의 길이가 불균일해짐 → 인접 filament들 간 중첩(overlap)이 달라져 sarcomere 구조와 수축력 균일성 손상.

②: Plus end는 CapZ에 의해 여전히 cap되어 있으므로 plus end 불안정과는 무관.
③: Tropomodulin은 중합 촉진이 아니라 cap 기능.
④: CapZ는 plus end(Z disc 쪽)를 cap; minus end는 보완할 수 없음.
⑤: Nebulin은 thin filament의 ruler 역할이지, length 신장 기능이 아님.

Q9 — 정답: ③

SUN-KASH protein complexes

LINC complex: SUN(내부 핵막) + KASH(외부 핵막); SUN은 핵막 내부에서 lamina/chromatin, 특히 텔로미어(telomere)에 결합한다. SUN의 chromatin 결합 도메인이 돌연변이로 손상되면 → 텔로미어-SUN 연결 불가 → 외부 핵막의 KASH가 세포질 dynein/kinesin과 결합하더라도 힘을 텔로미어까지 전달할 수 없음 → 감수분열 전기에 핵막을 따른 염색체 이동(bouquet 형성, 상동염색체 alignment) 실패.

①: 반대; LINC complex 손상은 핵막을 약화시키지 강화시키지 않음.
②: SUN-chromatin 결합과 KASH-세포골격 결합은 별개; KASH 기능 자체는 유지됨.
④: Lamin 붕괴는 SUN 돌연변이의 직접 결과가 아님.
⑤: 텔로미어 이동은 LINC complex 의존적이며 대체 경로가 없음.

Q10 — 정답: ②

Keratin filaments

construction of intermediate filament

Keratin은 type I(산성, Keratin 9/10/14 등)과 type II(중성/염기성, Keratin 1/5 등)의 의무적 이형이합체(obligate heterodimer)를 형성해야 한다. 이형접합자에서는 정상 K14와 돌연변이 K14가 모두 발현된다. 돌연변이 K14는 정상 K5와 이형이합체를 형성하고 → 이 이형이합체가 정상 K14-K5 이합체와 함께 필라멘트에 공조립(co-assemble)됨 → rod domain 끝부분 돌연변이는 필라멘트 조립의 핵심 인터페이스를 손상시켜 → 전체 네트워크가 비정상화(dominant negative effect). 하나의 유전자 사본만으로도 충분한 이유다.

①: 단백질 합성 속도 차이가 주된 기전이 아님.
③: 과도한 disulfide bond 형성은 EBS 기전이 아님.
④: 돌연변이 단백질 축적/정상 단백질 발현 억압은 전형적 EBS 기전이 아님.
⑤: Rod domain 돌연변이는 세포질 filament network 손상이 주; lamin 상호작용은 EBS 주요 기전이 아님.

5지선다 해설

Q11 — 정답: ③

Myosin II cycle

Myosin II cross-bridge cycle: ① rigor (ATP 없음, 강한 actin 결합) → ② ATP 결합 → actin 방출 → ③ ATP 가수분해(ADP+Pi) → lever arm cocked 상태 → ④ 새 actin 결합 → Pi 방출 → power stroke(5 nm) → ⑤ ADP 방출 → rigor 복귀. Pi 방출은 myosin이 actin의 새 위치에 결합한 직후 일어나며, 이것이 power stroke의 방아쇠가 된다.

Q12 — 정답: ②

treadmilling

structures of an actin monomer and actin filament

Treadmilling 조건: Cc(T) < [free actin] < Cc(D). ATP-actin(Cc(T) ≈ 0.1 μM)의 임계농도보다 높아야 plus end에서 중합이 일어나고, ADP-actin(Cc(D) ≈ 0.7 μM)의 임계농도보다 낮아야 minus end에서 탈중합이 일어난다. 이 범위 안에서 net flux(plus end 추가 + minus end 소실)가 동시에 일어난다.

Q13 — 정답: ②

myofibrils

Sliding filament model: actin·myosin filament 자체 길이는 변하지 않는다. 수축 시: actin filament가 myosin 방향으로 미끄러짐 → Z disc 간격(sarcomere 길이) 감소 → I band(actin only zone) 감소, H zone(myosin only zone) 감소/소실 → A band(myosin 전체 길이)는 일정. A band 길이 = myosin thick filament 길이로 결정되어 변하지 않는다.

Q14 — 정답: ⑤

Myosin II

Myosin II는 **2개의 중쇄(heavy chain) + 4개의 경쇄(light chain)**로 구성된다(2 ELC + 2 RLC). ⑤는 “2개의 경쇄”라고 기술하여 틀렸다. 나머지 선지는 모두 옳다: myosin-I single-headed ①, myosin-II bipolar ②, myosin-V plus end processive ③, myosin-VI minus end ④.

Q15 — 정답: ①

γ-TuRC(γ-Tubulin Ring Complex): 7개의 γ-TuSC(γ-Tubulin Small Complex) 단위체가 열린 고리를 형성, 13개의 γ-tubulin이 microtubule의 13개 protofilament와 각각 결합 → minus end를 핵형성한다. 중심체 주변부(PCM, pericentriolar material)에 위치한다. Plus end cap ②, centriole 내강 ③, kinetochore ④, GTP 비결합 ⑤는 모두 오답.

Q16 — 정답: ③

kinesin

Kinesin-13: motor domain이 polypeptide chain 중간에 위치 → 방향성 이동(directed movement) 없음 → microtubule plus end나 minus end에 결합하여 해중합을 촉진하는 depolymerizing kinesin. 유사분열 시 염색체 분리에 중요. ①: Kinesin-1은 N-terminal motor → plus end. ②: Kinesin-14는 C-terminal motor → minus end. ④: 대부분의 kinesin은 plus end 방향. ⑤: Kinesin-1은 hand-over-hand 방식으로 한 번에 한 head만 떨어짐.

Q17 — 정답: ④

Microtubule organization in a neuron

**Taxol(paclitaxel)**은 microtubule filament 측면에 결합하여 filament를 안정화하고 해중합을 방지한다 — cap 기능이 아니다. ④가 틀렸다. “microtubule 끝을 cap”하는 것은 Colchicine(저농도)이나 plus end capping protein의 기전이지, Taxol의 기전이 아니다. 나머지 ①②③⑤는 모두 옳다.

Q18 — 정답: ②

축삭(axon)에서 microtubule은 plus end가 축삭 말단 방향으로 균일하게 정렬 → kinesin-1(plus end motor) = anterograde, dynein(minus end motor) = retrograde. ①은 틀림(plus end → 말단 방향, 세포체 아님). ③: Dendrite는 혼합 극성(mixed polarity) — axon과 다르다. ④: Dynein은 microtubule 의존적. ⑤: Tau 과인산화는 MT를 불안정화(MT와 분리됨) → transport failure이며 axon이 길어지는 것이 아님.

Q19 — 정답: ①

construction of intermediate filament

IF 조립 순서: 단량체(monomer) → 병렬 α-coiled-coil dimer(평행) → 역평행 엇갈린 tetramer(antiparallel staggered, 가용성) → 측면 결합으로 10 nm filament. 단면에는 16개의 dimer = 32개의 coiled-coil 포함. ATP나 GTP 결합 없음 ③⑤.

Q20 — 정답: ④

Rho family

GAP(GTPase Activating Protein)는 GTP 가수분해를 촉진하여 Rho GTPase를 비활성화한다. ④는 “GAP → 활성화”라고 기술하여 틀렸다. GEF가 GDP→GTP 교환으로 활성화, GAP가 GTP→GDP 가수분해로 비활성화. ①②③⑤는 모두 옳다.

Q21 — 정답: ②

primary cilia

Primary(일차) cilia: 9+0 구조(중심쌍 central pair 없음), dynein arm 없음 → 운동 불가 → 감각 기관(Hedgehog 신호, 광수용체, 유모세포 등). ①: 9+2 + dynein arm은 운동 섬모(motile cilia)의 특징. ③: **어미 중심소체(mother centriole)**가 basal body가 됨. ④: 세포분열 진입 시 재흡수됨. ⑤: IFT는 kinesin-II(anterograde) + dynein(retrograde) 협력.

Q22 — 정답: ④

Organization of accessory proteins in a sarcomere

**딸 중심소체(daughter centriole)**는 distal appendage가 없으며 primary cilia를 형성할 수 없다. Primary cilia의 basal body가 되는 것은 **어미 중심소체(mother centriole)**로, distal appendage가 있어 plasma membrane과 연결된다. ①②③⑤는 모두 옳다.

Q23 — 정답: ②

Sarcomere에서 thin filament(actin):

Plus end(barbed end, Z disc 쪽) → CapZ가 cap
Minus end(pointed end, 자유 끝) → Tropomodulin이 cap

따라서 ②가 정답. ①은 plus/minus를 반대로 기술.

Q24 — 정답: ⑤

Plectin

Plectin: plakin family의 대형 cross-linker. IF ↔ MT ①, IF ↔ actin ②, IF ↔ myosin II ③, IF ↔ desmosome/hemidesmosome ④ 모두 연결. 그러나 γ-TuRC를 통한 microtubule 핵형성 촉진은 Plectin의 기능이 아니다. Plectin은 이미 형성된 cytoskeletal elements를 cross-link하는 역할이지, 핵형성을 촉진하지 않는다.

Q25 — 정답: ②

major accessory proteins of the actin cytoskeleton

Arp2/3 complex: NPF(예: WASP, N-WASP, WAVE)에 의해 활성화되어, 기존 filament의 **측면(side)**에 결합 → 새 filament를 70° 각도로 핵형성 → 새 filament의 minus end 쪽(분기점)에 Arp2/3가 위치하고 plus end가 자유롭게 성장. ①: minus end가 아닌 측면에 결합. ③: NPF가 활성화제. ④: 새 filament의 minus end 쪽에 위치하지 plus end가 아님. ⑤: Arp2/3는 GTP가 아닌 ATP를 사용하지 않으며, 해리는 cofilin 등이 관여.

OX 퀴즈 해설

Q26 — X

Myosin II cycle

Rigor 상태는 ATP가 없는 상태로 myosin이 actin에 강하게 결합(strong binding)된 것이다. ATP가 결합되면 rigor가 해제되어 actin에서 분리된다(released state). ATP-결합 상태가 rigor 상태라는 설명이 틀렸다.

Q27 — X

Phalloidin은 actin filament의 **측면 전체(along filament)**에 결합하여 안정화한다. Plus end를 cap하는 것이 아니다. Plus end capping은 Cytochalasin B의 작용이다.

Q28 — O

treadmilling

Treadmilling에서 ATP-actin은 plus end에서 추가되고, 중합 후 ADP로 가수분해 → ADP-actin이 minus end에서 탈중합된다. 옳은 설명.

Q29 — X

preferential growth of microtubules

**Taxol(paclitaxel)**은 microtubule filament를 안정화한다(측면 결합, 해중합 방지). Tubulin 단량체에 결합하여 중합을 억제하는 것은 Nocodazole이나 Colchicine의 기전이다.

Q30 — O

Microtubule dynamic instability: GTP cap 소실 → catastrophe(급격한 해중합) → 이후 새로운 GTP-tubulin cap 형성 시 rescue(재성장) 가능. 옳은 설명.

Q31 — O

Ciliary dynein

axoneme bending

Ciliary dynein arm은 A microtubule에 부착되어 (inner and outer arm 모두) 인접 doublet의 B microtubule을 향해 이동하며 sliding force를 생성한다. 옳은 설명.

Q32 — O

cell migration by actin cytoskeleton

세포 이동의 protrusion 단계: Rac1 → WAVE/SCAR(NPF) → Arp2/3 활성화 → dendritic actin network → lamellipodia 형성. 옳은 설명.

Q33 — X

Microtubule organization in a neuron

중심체 복제는 S기(DNA 복제기)에 시작된다. G2기가 아니다. 복제된 두 중심체는 M기 전기에 분리되어 방추사 극을 형성한다.

Q34 — X

Axon의 microtubule은 plus end가 말단을 향해 균일하게 정렬되어 있으나, Dendrite의 microtubule은 **혼합 극성(mixed polarity)**을 갖는다 — plus end 방향과 minus end 방향의 microtubule이 공존한다. “모두” 균일 정렬이라는 설명이 틀렸다.

Q35 — O

sarcoplasmic reticulum

근육 이완 시 SR의 **SERCA(Ca²⁺-ATPase)**가 세포질 Ca²⁺을 SR 내강으로 능동 수송한다. 이 과정은 ATP를 소비한다. 옳은 설명.

Q36 — X

troponin

**Ca²⁺은 Troponin C(TnC)**에 결합한다. Troponin T(TnT)는 tropomyosin에 결합하는 subunit이다. Ca²⁺-TnC 결합 → TnI-actin 결합 약화 → tropomyosin 이동 → myosin 결합 부위 노출.

Q37 — O

construction of intermediate filament

중간세사는 단량체가 먼저 평행 coiled-coil dimer를 형성한 뒤, **두 dimer가 역평행(antiparallel)으로 결합하여 사합체(tetramer)**를 형성한다. 역평행 배열로 인해 극성(polarity)이 없는 대칭 구조가 된다. 옳은 설명.

Q38 — X

major accessory proteins of the actin cytoskeleton

**Arp2/3 complex는 기존 filament의 측면(side)**에 결합한다. Minus end가 아니다. 분기점에서 Arp2/3가 minus end 쪽에 위치하게 되는 것은 새로운 filament의 minus end이지, 기존 filament의 minus end가 아니다.

Q39 — X

primary cilia