{{위키데이터 속성 추적}}
[[발생생물학]]에서 '''분화'''({{lang|en|differentiation}}) 혹은 '''세포 분화'''(細胞分化, {{lang|en|cellular differentiation}})는 어떠한 [[세포]]가 다른 특징을 갖는 세포로 바뀌는 것을 말한다. [[다세포 생물]]이 단일 [[접합자]]({{lang|en|zygote}})에서 복잡한 [[조직]]을 형성하는 [[발생]] 과정 중에 분화가 여러 번 일어난다. 성인이 되면 조직을 복구하거나 혹은 정상 세포가 변화할 때 [[성체줄기세포]]가 분화한다. 세포는 분화를 통해서 크기나 모양, [[막전위]], [[물질대사|대사]] 활성, 그리고 신호에 대한 반응이 극적으로 변화한다. 몇 가지 예외가 있기는 하지만, 세포 분화 동안에 [[DNA]] 자체의 변화는 거의 나타나지 않는다. 따라서 서로 다른 세포가 매우 상이한 외적 특성을 갖는 것은 대부분 [[유전자 발현]] 양상이 변하기 때문이다.

다 자란 생명체의 모든 세포(즉 영양막과 같은 조직으로는 분화할 수 없다)로 분화할 수 있는 능력을 가진 세포를 만능한({{lang|en|pluripotent}}) 세포라고 한다. 동물의 [[배아줄기세포]]와 고등 식물의 [[분열세포]]({{lang|en|meristematic cell}})가 만능한 세포이다. 태반 조직을 포함한 모든 세포로 분화할 수 있는 세포는 전능한({{lang|en|totipotent}}) 세포이다. 포유류는 접합자와 초기 4-8세포기 [[할구]]들만 이런 능력을 가지는 반면, 식물은 분화된 세포라 하더라도 간단한 생명공학 기술로 전능성을 갖도록 할 수 있다.
[[세포병리학]]에서 세포 분화 정도는 [[암]] 진행 정도를 알아보는 지표로 쓰인다. 대체로 암의 분화도({{lang|en|grading}})는 종양이 얼마나 분화된 세포로 이루어졌는지에 따라 결정한다.<ref>{{웹 인용|언어=en |title=Tumor Grade|url=http://www.cancer.gov/cancertopics/factsheet/Detection/tumor-grade |date=2013-05-03 |publisher=National Cancer Institute|accessdate=2014-07-05}}</ref>

==포유류 세포 종류==
포유류의 몸을 구성하는 세포는 크게 [[생식세포]], [[체세포]], 그리고 [[줄기세포]]로 나눌 수 있다. 성인은 약 100조(10<sup>14</sup>) 개의 세포로 이루어진다. 적혈구와 같이 완전히 분화되면 핵을 잃는 세포를 제외하고는 모든 세포에 같은 [[게놈|유전체]]의 복사본이 한 개씩 들어있다. '''체세포'''는 [[이배체]]로, 각 [[염색체]]를 쌍으로 가지고 있으며, 피부와 근육 등 대부분의 인체를 구성한다. '''생식세포''' 혹은 '''배우자'''(配偶子, {{lang|en|gamete}})는 생식세포 계보({{lang|en|germ line cell}})를 따라 생겨난다. '''줄기세포'''는 특화된 어떠한 세포로도 분화할 수 있다.

발생은 [[정자]]와 [[난자]]가 [[수정]]되어 개체가 될 수 있는 하나의 세포([[수정란]])를 형성하면서 시작된다. 수정 이후 한 시간 이내에 세포는 동일한 세포로 분열한다. 사람의 경우 수정 후 4일간 몇 차례의 세포 분열을 거친 뒤에 [[배반포]]라는 속이 빈 구 형태의 세포 덩어리가 된다.<ref>{{서적 인용
|언어=en
|이탤릭체=예
|first=Rani
|last=Kumar
|title=Textbook of Human Embryology
|publisher=I.K. International Publishing House
|isbn=9788190675710
|year=2008
|page=22
|url=http://books.google.co.kr/books?id=MhmT-avx3DUC&pg=PA22#v=onepage&q&f=false
}}</ref> 배반포는 바깥층의 세포와 안쪽의 빈 공간으로 분리되어 있는데, 이 공간에 [[내세포괴]]({{lang|en|inner cell mass}})라는 세포 덩어리가 있다. 인체의 거의 모든 조직은 사실상 내세포괴의 세포들이 분화하여 된 것이다. 그러나 내세포괴의 세포만으로는 개체가 될 수 없으며, 이러한 특성을 '만능성({{lang|en|pluripotent}})'이라 한다.<ref>{{서적 인용
|first=Scott F.
|last=Gilbert
|title=발생생물학
|editor=강해묵 역
|publisher=라이프사이언스
|isbn=9788961541039
|date=2011-03-01
|edition=9th ed.
|chapter=조류와 포유류: 초기 발생과 축 형성
|pate=268
}}</ref>

만능줄기세포는 다능한({{lang|en|multipotent}}) [[전구체]] 세포({{lang|en|progenitor cell}})로 분화하고 전구체 세포는 실제 조직에서 기능하는 세포로 분화한다. 아래는 일부 줄기세포와 전구체 세포의 예시이다.
* [[골수]]의 [[조혈모세포|조혈모줄기세포]]는 성체줄기세포로 [[적혈구]]와 [[백혈구]], [[혈소판]]으로 분화한다.
* 골수의 [[중간엽 줄기세포]]({{lang|en|mesenchymal stem cell}})는 성체줄기세포로 기질 세포와 지방 세포, 뼈 세포가 된다.
* 상피 줄기세포는 전구체 세포로 다양한 [[피부]] 세포로 분화한다.
* 근육 위성세포는 전구체 세포로 근육 조직으로 분화한다.

==분자생물학적 기작==
수정란이 분열하여 할구로, 할구가 [[낭배 형성]]을 거쳐 세 개의 배엽으로 나뉘면서 [[아르기닌]], [[글라이신]], [[아스파라긴]], [[세린]]으로 이루어진 [[세포 부착 분자]]의 도움을 받는 신호경로가 생긴다.

개체에서 각 조직의 분화된 세포는 그 종을 구성하는 유전체 중 특정한 유전자만을 [[유전자 발현|발현]]하고, 각 세포마다 [[유전자 발현 조절]] 양상이 다르다. 즉 세포 분화에는 발현되는 유전자와 발현되지 않는 유전자를 전환(switch)하는 과정이 포함된다. 발생 중 세포 분화는 유전자 조절 네트워크를 통해 이해할 수 있다. 조절 유전자({{lang|en|regulatory gene}})와 cis-조절 자리({{lang|en|cis-regulatory module}})는 유전자 조절 네트워크의 주요 거점으로, 어떤 신호에 따라 다른 유전자를 조절한다.<ref name=DeLeon>{{저널 인용
|언어=en
|이탤릭체=예
|author=Ben-Tabou de-Leon S, Davidson EH.
|title=Gene regulation: gene control network in development.
|journal=Annu Rev Biophys Biomol Struct.
|year=2007
|volume=36
|issue=191
|pmid=17291181}}</ref> [[시스템 생물학]]은 어떻게 발생에 관여하는 기작이 예측 가능한 규칙성을 만들어내는지에 주안점을 두고 접근한다.

유전자 발현을 끄고 켜는 데에는 진화적으로 보존된 분자 기작이 관여한다. 세포 분화를 통제하는 주요한 분자 기작은 [[신호전달|세포 신호 전달]]이다. 세포 분화 중에 세포에서 세포로 정보를 전달하는 신호 분자는 [[성장인자]]라고 한다. 세부적인 신호전달경로는 매우 다양하지만, 공통적인 단계로 정리할 수 있다. 한 세포에서 생산된 [[리간드 (생물학)|리간드]]가 다른 세포의 세포외 영역에 있는 [[수용체]]에 결합하면 수용체는 구조적인 변화를 일으키고, 그 결과 수용체는 효소 활성이 생긴다. 수용체는 다른 단백질을 인산화하는 반응을 [[촉매]] 작용하고, 인산화된 단백질은 활성화된다. 인산화 연쇄반응은 최종적으로 불활성화 상태로 존재하던 전사 인자나 [[세포골격]] 단백질을 활성화시켜서 표적 세포의 분화가 일어나게 한다.<ref name=Gilbert>{{서적 인용|언어=en |이탤릭체=예 |author=Knisely, Karen; Gilbert, Scott F. |title=Developmental Biology |publisher=Sinauer Associates |location=Sunderland, Mass |year=2009 |page=147 |isbn=0-87893-371-9 |edition=8th }}</ref>

===후성유전학적 조절===
{{참고|후성유전학}}

한 개체의 세포는 세포 종류에 관계없이 같은 [[게놈|유전체]]를 공유하기 때문에 각 세포는 유전자 발현 수준에서 변화해야 한다. 유전자 발현 조절은 [[cis-조절요소]]({{lang|en|cis-regulatory element}})와 [[trans-조절요소]]({{lang|en|trans-regulatory element}}), [[촉진유전자|프로모터]], [[인핸서]]({{lang|en|enhancer}})를 통해서 일어날 수 있다. 세포는 [[세포 분열]]을 반복하면서 유전자 발현 양상을 모세포와 같게 유지하는데, 후성유전적 조절이 이에 관여한다. 후성유전적 과정은 줄기세포와 전구체 세포, 성숙한(분화한) 세포로 운명을 결정하는 것을 조절하는 데 중요한 역할을 한다.<ref>{{서적 인용
|언어=en
|이탤릭체=예
|title=Epigenetics
|first=Lyle
|last=Armstrong
|publisher=Taylor & Francis Group
|year=2013
|chapter=12
|isbn=9780815365112
|url=http://www.garlandscience.com/res/pdf/9780815365112_ch12_final.pdf
|access-date=2014-07-05
|archive-date=2014-03-28
|archive-url=https://web.archive.org/web/20140328230118/http://garlandscience.com/res/pdf/9780815365112_ch12_final.pdf
}}</ref>

==역분화==
{{미완성 문단|생물학}}
[[파일:Dedifferentiated liposarcoma - intermed mag.jpg|섬네일|right|역분화 양상을 보이는 [[지방육종]]의 현미경 사진([[H&E 염색]]). 왼쪽은 아직 지방육종이 아닌 조직, 가운데는 형태학적으로 [[양성 종양|양성]]인 [[지방 조직]], 오른쪽은 분화된 세포이나 [[혈관]] 생성이 증가한 세포들이다.]]

'''역분화'''는 부분적으로 혹은 완전히 분화된 세포가 초기 발생 단계로 거꾸로 분화하는 것으로, 대개 [[재생]] 과정의 일부이다. [[벌레]]류<ref group="주">원어는 [[위키백과:Worm|worm]]으로 '곤충'보다는 넓은 의미이다.</ref>와 [[양서류]]에서 볼 수 있다.<ref>{{저널 인용
|언어=en
|이탤릭체=예
|author=Stocum DL |title=Amphibian regeneration and stem cells |journal=Curr. Top. Microbiol. Immunol. |volume=280 |pages=1–70 |year=2004 |pmid=14594207 |doi=10.1007/978-3-642-18846-6_1 |isbn=978-3-540-02238-1 }}</ref><ref>{{저널 인용
|언어=en
|이탤릭체=예
|author=Casimir CM, Gates PB, Patient RK, Brockes JP |title=Evidence for dedifferentiation and metaplasia in amphibian limb regeneration from inheritance of DNA methylation |journal=Development |volume=104 |issue=4
|pages=657–668
|url=http://dev.biologists.org/cgi/content/abstract/104/4/657
|date=1988-12-01 |pmid=3268408}}</ref>

== 같이 보기 ==
* [[:en:Grading (tumors)]]
* [[:en:gene regulatory network]]
== 각주 ==
<references group="주" />
==출처==
<references />

{{전거 통제}}

[[분류:발생학]]