세포의 분열은 한 개의 세포가 두 개의 동일한 세포를 만들어내는 과정이다. 세포 주기 (cell cycle)란 하나의 세포가 분열하여 두 개의 세포로 나누어지는 일련의 과정이 순차적으로 일어나는 것으로, 이는 분열의 시작에서부터 다음 분열이 시작되기까지의 기간을 말한다. 한편 주기가 완전히 순환하는데 걸리는 시간을 세대시간 (generation time)이라고 하며, 세대시간은 세포에 따라 매우 다양하지만 동,식물세포는 대체로 약 8~20시간이다.
세포의 증식은 유사분열 (mitosis)과 세포질분열 (cytokinesis)의 과정을 통해 이루어진다. 유사분열은 핵 내에서 일어나는 복잡한 과정으로 새로운 세포가 본래의 세포와 똑같은 염색체의 수와 형태를 갖도록 하고, 세포질 분열은 유사분열이 완결되기 전에 시작되며 세포질을 이등분하여 두 개의 세포를 만든다.
세포 주기는 mitosis (M phase)와 간기 (interphase)로 이루어져 있으며, 간기는 다시 DNA가 복제되는 S phase와 휴지기인 G1, G2 phase로 구성된다. 간기는 세포가 새로운 물질과 세포 내 소기관을 합성하고 성장하는 시기이며, G2 phase까지 초기 세포 함유물을 거의 두 배로 증가시킨다. 일반적으로 세포 주기의 시작은 G1 phase 후기에서 시작되는데 이 시점을 효모(yeast)에서는 'Start'라 하고 포유동물 세포에서는 'Restriction point'라고 한다.
세포 주기는 이와 같은 시작점을 지나게 되면 다시는 뒤쪽으로 되돌아 갈 수 없게 된다. S, M phase 사이에 존재하는 G1과 G2 phase는 S, M phase를 준비하는 단계로 이 시기에 checkpoint라는 세포 주기 감시 시스템이 작동하게 된다. 세포 주기는 방향성을 가지며 순차적으로 진행되는 과정이므로 만약 DNA 복제 과정에 문제가 발생하거나 복제된 상동염색체 분리에 이상이 발생할 경우 비정상적인 세포가 만들어 질 수 있다. 이렇게 만들어진 비정상 세포들은 세포 사멸 (cell death, apoptos is)이라는 과정을 거쳐 제거되지만, 그렇지 않은 경우 비정상적으로 계속 분열을 하여 암을 일으키는 원인이 된다. 그러므로 세포는 checkpoint라는 감시체계를 가동하여 세포주기의 각 단계마다 세포 주기가 정상적으로 진행되고 있는지를 조사하게 된다. 만약 checkpoint system에 의해 어떤 이상이 발견되면 세포는 더 이상 세포 주기 과정을 진행시키지 않고 복구 기작 (repair system)을 활성화시켜 잘못된 것을 고치도록 한다. 이러한 checkpoint system 에서 세포 주기 조절이 제대로 이루어지지 않으면 암과 같은 비정상적인 세포 증식을 유발하게 된다.
이러한 세포 주기 조절을 위해서는 많은 인자들이 필요하며, 그 중에 가장 중요한 역할을 담당하고 있는것이 cyclin-depend ent protein kinase (Cdk)이다. Cdk는 세포 주기의 각 단계마다 특이적으로 발현되는 cyclin 이라는 조절 단백질과 결합함으로써 기능적 단위체를 형성하게 되며, 이것에 의해 세포 주기의 각 단계마다 활성화되는 특이적 cyclin-Cdk 복합체가 만들어지게 된다. Cyclin-Cdk 복합체의 활성은 여러 메커니즘에 의해서 조절되는데, 그 예로는 Cdksubunit이 인산화 또는 탈인산화 되거나 특정 억제 단백질과 결합, cyclin의 분해 등이 있다. 이들 중 인산화/탈인산화와 함께 중요한 조절 기작으로 작용하는 것이 억제 단백질 또는 cyclin 의 제거이며, 이러한 단백질의 분해는 진핵 세포에서 ubiquitin-proteasome system (UPS)에 의해 이루어진다. 세포 주기 조절에 관여하는 UPS로는 대표적인 것이 G1/S transition에 관여하는 SCF/proteasome system 과 sister chromatid segregation, mitotic exit에 관여하는 APC/proteasome system등이 있고, 이외에도 다양한 ubiquitin ligase가 세포 주기 조절에 중요한 역할을 담당하고 있다. 본 연구실에서는 이와 같은 세포 주기에서 ubiquitination에 의한 조절 기작에 대한 연구를 수행하고 있다.