분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2009-02-05 08:20:02 , Hit : 4604
 유전자의 화학정보를 보존할 수 있는 리보핵산

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-02-03

짧은 리보핵산 (RNA)의 입자는 식물의 유전자를 규제하는 DNA의 화학적인 변화를 보존하여 세대가 변화해도 이러한 변화가 지속될 수 있는 후성적인 변화 (epigenetic change)를 가능하게 한다는 사실을 연구자들이 발견했다. 특정한 부분의 DNA에 메틸기가 부가되면 유전자의 발현을 멈추고 트랜스포손 (transposons: DNA의 전이인자 중에 하나)의 동원을 멈추게 된다. 즉, 한 지점에서 다른 지점으로 옮겨다니는 DNA의 이동가능한 부분인 트랜스포손의 움직임이 중단된다.

지난 10년 동안 학계에서는 일단 이러한 화학적인 표지가 사라지게 되면 이것을 대체할 수 있는 방법이 없게 된다고 생각해왔다. 하지만 파리의 프랑스 고등사범학교 (Ecole Normale Superieure)의 뱅상 콜로 (Vincent Colot)와 그의 동료들은 작은 RNA는 단백질에 대해 적절한 지점에 메틸화 (methylation)를 회복시키도록 한다고 주장했다. 미국의 콜드스프링 하버연구소 (Cold Spring Harbor Laboratory)의 유전학자인 로버트 마티엔슨 (Robert Martienssen)은 “이것은 매우 중요하다. 만일 메틸화에 대한 오래된 생각이 맞다면 우연한 손실은 영구적이어야 한다. 하지만 만일 메틸화를 다시 회복할 수 있는 방법이 있다면 이것은 후성적인 지표에서 진화상의 안정성을 얻게 해준다”고 말했다.

식물인 십자화 (Arabidopsis thaliana)를 대상으로 한 모델에서 DDM1이라고 불리는 유전자의 돌연변이는 DNA 메틸화를 급격하게 줄이는 결과를 가져온다. 콜로와 그의 동료들은 DDM1 유전자를 가진 돌연변이 식물이 다른 정상적인 식물과 교배될 경우에 어떤 일이 일어나는가에 대해 연구했다. 연구자들은 몇 세대가 지난 후에 ddm1 돌연변이를 갖지 않은 후세대는 DNA 메틸화를 회복하였다. 이 유전체의 일부 지점은 궁극적으로 화학적인 조정과정을 통해 정상적인 수준으로 회복되었다. 하지만 다른 지점은 메틸그룹이 사라진 상태로 남아있었다.

전 연구에 의하면 짧은 RNA는 메틸화를 위해 DNA를 목표로 설정할 수 있으며 이러한 사실을 바타응로 콜로와 그의 연구자들은 RNA 염기서열을 위해 알려진 짧은 RNA 데이터베이스에서 회복된 메틸화 지점의 DNA 염기서열과 일치하는 것을 찾아내었다. 이들은 회복된 메틸화 DNA지점과 일치하는 짧은 RNA의 지점을 발견할 수 있었다. 또한 메틸화는 이 짧은 RNA를 생산할 수 없는 돌연변이에서는 회복되지 않았다.

이러한 현상이 동물에서도 적용될 수 있는가의 여부는 아직 확실하지 않다. 식물에서는 후성적인 유전형질의 예가 동물보다 많이 존재한다. 비록 RNA가 DNA 메틸화를 이루는데 참여하는 것은 식물에서는 논의될 수 있지만 동물에서는 증거가 약하다. 그럼에도 불구하고 마티엔슨은 적어도 일부 동물에서는 이러한 RNA가 이끄는 후성적인 유전형의 안정화 메커니즘이 존재할 수 있다고 보고 있다.

Ddm1 돌연변이 유전자는 메틸화에서 극단적인 결과를 가져온다. 즉, 70%이상의 메틸화가 사라진다. 그리고 만일 DNA가 자연적으로 그렇게 많은 메틸 그룹을 잃게 되는지 여부는 확실하지 않다. 미국 코넬대학 (Cornell University)의 보이스 톰슨 식물연구소 (Boyce Thompson Institute of Plant Research)의 유전학자인 에릭 리처즈 (Eric Richards)는 “정상적인 상황에서 이 정도로 메틸화를 잃게 될 수 있는가? 이것은 정말 밝혀내어야 할 문제이다”고 말했다. 하지만 리처즈는 식량이나 특정한 화학물에 대한 노출등과 같은 환경적인 스트레스가 메틸화 패턴의 변화를 일으킬 수 있다고 지적했다.

콜로와 그의 연구팀은 메틸화 손실현상을 일으키는 환경적인 요인을 찾으려 하고 있다. 콜로는 “만일 환경이 정상적인 메틴화된 상황에서 메틸화 부족상태 (hypomethylated state)로 전환에서 어떤 역할을 한다면 이것은 무작위적인 DNA 돌연변이와는 다른 형태의 문제가 될 것이다. 우리는 지금까지 가르쳐온 유전학의 일부를 고쳐야 할지도 모른다”고 말했다.

출처: <네이처> 2009년 2월 1일
참고자료: 학술지 <사이언스>지에 발표된 RNA의 메틸화 회복기능에 대한 연구논문인 “A role for RNAi in the selective correction of DNA methylation defects”의 원문








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