분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2014-10-14 12:22:56 , Hit : 1837
 특정 염색체 구조가 중요 유전자 조절

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014100442&service_code=03  
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-10-14  
    

특정 염색체 구조가 중요한 유전자들을 조절한다는 연구 결과가 제시되었다.

거의 모든 인체 세포 하나에 사람 머리카락의 약 300분의 1에 해당하는 약 3미터에 달하는 DNA로 채워져있다. 모든 세포 과정을 위한 지침을 포함하고 있는 DNA는 세포의 전사 도구들이 접근할 수 있어야 하지만 핵 내부에 단단히 압축되어 있어야 할 필요가 있다. 과학자들은 오랫동안 DNA가 압축되어 있는 방법이 유전자 발현에 영향을 준다는 가설을 세우고 있었다. 화이트헤드 연구소 (Whitehead Institute) 연구진은 첫 번째 증거로 DNA 뼈대가 유전자 발현을 촉진하고 억제하는 데 기여한다는 것을 제시하였다.

"처음으로 우리는 염색체 구조가 유전자 조절에 기여한다는 것을 보았다. 과거에는 구조가 어떻게 유전자 조절에 기여하는지에 대해 모든 종류의 생각이 있었지만 이제 실험적으로 검증되었으며 사실로 밝혀진 것"이라고 화이트헤드 일원이자 MIT 교수인 리차드 영(Richard Young)이 말한다.

DNA 뼈대는 계층 구조를 가지고 있는데 일종의 실 위에 구슬이 꿰인 구조로 DNA 가닥에 히스톤 단백질이 주위를 감까 뉴클레오좀(nucleosome)을 형성하고 다양한 조절 인자들과 결합하는 다중 DNA 루프를 포함하는 DNA 볼과 유사한 위상차적인 결합 도메인이 고도로 응축된 염색체를 구성한다.

마우스 줄기 세포(embryonic stem cells, ESCs)를 연구하는 영 연구실은 위상차적으로 연관된 도메인에서 발견된 뼈대의 구조를 연구하였다. 연구진은 코헤신(Cohesin)과 CTCF라는 단백질이 ESC 중요 유전자 주변에 결합되어 있다는 것을 알고 있었지만 이들 단백질이 DNA의 3차원 구조에 어떻게 영향을 주는지를 알지 못했다. ChlA-PET라는 기술을 사용하여 연구진은 이들 단백질이 어떻게 상호작용하는지에 초점을 맞추어 조사했다.

"코헤신/CTCF가 결합하는 부위가 물리적 접근성에서 함께 존재한다는 것을 알게 되자 우리는 게놈을 선상에서 보다가 루프간의 상호 연관성에 초점을 맞추기 시작했다. 이를 통해 류프 안에 포함된 유전자 발현 촉진 도메인에 이르게 되었다"고 영 연구실의 박사 후 연구원인 질 도웬(Jill Dowen)이 말한다. 도웬과 공동 저자들은 이 루프 구조를 `Cell` 최신 온라인에 설명하고 있다.

영 연구실의 다른 박사 후 연구원인 데니스 니스(Denes Hnisz)는 이 루드를 `작은 선물 꾸러미"에 비유한다. 코헤신과 CTCF는 유전자의 발현을 촉진시키거나 억제하는 요람 단백질처럼 작용하기 때문이다. 촉진 및 억제 효과는 선물 꾸러미 안에서만 국한된다. ESCs에서 과학자들은 197개의 코헤신/CTCF 인접 루프를 발견했으며 이들은 활성 유전자와 촉진자를 포함하며 억제되는 유전자를 포함하는 349개의 루프도 존재한다.

흥미롭게도 마우스 신경 전구 세포에서 유사한 코헤신/CTCF 결합 루프를 조사하였을 때 세포는 루프뿐만 아니라 ESC 게놈에서도 유사한 위치에 존재한다는 것이다. 물론 루프의 억제 및 촉진 역할은 ESC와 좀 더 분화된 세포 사이에 다르게 나타났다. 이는 이들의 양을 조절하여 유전자 발현에 영향을 줄 수 있음에도 루프가 세포의 분화동안 일정하게 유지된다는 것을 의미한다.

연구진은 여러 유형의 분화 세포에서 루프의 구조의 위치를 연구할 계획이지만 현재 이번 새로운 DNA 구조와 그 효과에 대해 고무적이다.
"우리는 유전자 발현이 국부적인 염색체 구조와 어떻게 연관되어 있는지를 이해하는 데 있어 주요한 간극을 채웠다고 생각한다. 이들 기전에서 어떤 결함이 인체 질환에 영향을 줄 것인지를 탐구하는 것은 흥미로운 일이 될 것"이라고 니스가 말한다.



http://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-10/wifb-scs100714.php







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