분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2009-04-27 09:50:55 , Hit : 5502
 게놈 상의 반복 서열이 유전자의 발현 조절에 필수적인 역할을 수행


KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-04-24

일본의 독립행정법인 이화학연구소 (리켄)는 대규모의 데이터 해석을 통해 게놈의 대부분을 차지하고 있으며, 레트로트랜스포존이나 이것의 흔적에서 유래하는 반복 염기서열이 생물에서 필수적인 역할을 수행한다는 사실을 밝혔다고 2009년 4월 23일자 보도를 통하여 발표했다. 이것은 리켄 오믹스 기반연구영역 (OSC; Omics Science Center) 게놈 기능 연구팀이 “국제 FANTOM 콘소시엄” 활동의 일환으로 문부과학성에서 지원하는 “게놈 네트워크 프로젝트”와의 연계를 통해서 얻어진 연구성과이다.

지금까지의 생명과학 분야의 연구로부터 포유류 게놈의 약 45%가 반복 염기서열로 구성되어 있다는 사실이 밝혀졌으며, 이들 반복 서열이 다양한 역할을 수행하고 있을 것이라고 추론할 수 있었지만, 게놈 전체를 통합적으로 해석하는 것에는 많은 어려움이 있었다.

위 연구팀은 리켄의 OSC가 개발한 CAGE법 (Cap Analysis of Gene Expression Method)를 이용하여 이들 전사산물들을 게놈 와이드로 조사한 결과, 인간과 마우스의 RNA 내의 약 30% 가량이 반복 염기서열의 내부에 전사 개시점을 가지고 있다는 사실을 발견하였다. 이와 같은 방법으로 총 25만 종의 RNA를 세밀하게 분류한 결과, 이들 RNA의 발현이 세포별로 차이를 보인다는 사실과 더불어 유전자가 고밀도로 존재하는 게놈 영역에 특히 집중적으로 존재하고 있다는 사실을 확인하게 되었다. 이들 중에서도 단백질을 암호화하는 유전자의 앞쪽 부분에 위치한 반복서열은 선택적 프로모터로써 작용하여 세포를 비롯한 발생의 단계에 따라서 그 발현이 억제된다는 사실을 밝혀냈다. 위 연구결과는 반복 염기서열이 다양한 기구를 이용하여 유전자의 발현을 제어하고 있다는 사실을 강하게 시사하고 있다고 볼 수 있다.

이번 연구성과를 통하여 포유류의 진화 과정에서 레트로프랜스포존에 포함된 프로모터 활성을 가진 반복 염기서열이 게놈 상의 다양한 위치에 삽입되어 이제까지 전사되지 않았던 유전자를 발현시키도록 조절했다는 사실을 추정할 수 있다. 이들 염기 서열 중 대다수는 현재 레트로트랜스포존으로써의 기능을 상실한 상태로 생물에 필수적인 전사 제어라는 역할을 수행하고 있다고 생각할 수 있다.

위 연구팀은 앞서 대규모 데이터 해석을 통해 세포의 분화 상태 (표현 형질)를 지배하는 일군의 전사인자와 이것의 제어관계를 해명하여 해석의 파이프라인의 기초를 구축하는 것에 성공했다고 발표한 바 있으며, 2009년도부터 새롭게 시작된 국책 사업인 “시퀀스 거점 사업”을 계기로 지금까지 축적해 온 게놈 와이드 데이터의 생산 및 해석을 진행해 온 실적을 바탕으로 이를 보다 고도화시켜 재생의학 진보 및 신약 개발 등으로 연결시킬 계획이라고 한다 (GTB2009040781, GTB2009040943).

위 연구성과는 국제적인 공동 연구에 의한 성과로써 영국의 과학잡지인 “Nature Genetics”의 특집호에 게재되기 전인 2009년 4월 19일 (영국시간)에 on line 판을 통해 공개되었다.

참고 논문: Geoffrey J Faulkner, Yasumasa Kimura, Carsten O Daub, Shivangi Wani, Charles Plessy, Katharine M Irvine, Kate Schroder, Nicole Cloonan, Anita L Steptoe, Timo Lassmann, Kazunori Waki, Nadine Hornig, Takahiro Arakawa, Hazuki Takahashi, Jun Kawai, Alistair R R Forrest, Harukazu Suzuki, Yoshihide Hayashizaki, David A Hume, Valerio Orlando, Sean M Grimmond & Piero Carninci, The regulated retrotransposon transcriptome of mammalian cells. Nature Genetics, published online 19 April 2009; doi:10.1038/ng.368

주) 레트로트랜스포존 (Retrotransposons; transposons via RNA intermediates): 게놈 상의 다른 위치로 전이할 수 있는 염기 서열 (genetic elements)을 지칭하며, 전이는 게놈의 DNA 서열을 변화시키기 때문에 돌연변이의 원인이 되며, 이것에 기인한 많은 질환들이 알려져 있다. 한편, 다양성을 증폭시킴으로써 생물의 진화를 촉진시켰을 가능성도 제기되고 있다.









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