분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2014-09-15 09:13:41 , Hit : 1369
 자신의 유전체를 해체하고 재조립하는 단일 세포


http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014090392&service_code=03  
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-09-15  
    


생명체는 매우 복잡하고 고유하여, 단일 세포이더라도 여러 놀라운 것들을 꾸려 넣을 수 있다는 것이 프린스턴 대학교(Princeton University)의 연구 결과이다. 연못에 살고 Oxytricha trifallax로 불리는 단일 세포는 그 자신의 DNA를 약 25만개로 부수고, 짝짓기 때에는 이들 조각을 신속하게 다시 재조립하는 놀라운 능력을 가진다는 논문이 학술지 Cell 에 실렸다.

이 생물체는 그 자신의 유전체(genome)를 수천 개의 뒤죽박죽의 암호화된 유전자 조각들로 그 안에 저장한다. 그 부류의 또 다른 세포와 짝짓기를 할 때면, 이 생물체는 그 뒤섞인 유전자들과 DNA 단편들을 뒤져서 225,000개 이상의 작은 DNA 가닥들을 맞추는데, 이 모든 것이 약 60시간 이내에 일어난다. 그 자신의 유전자들을 분리하고 신속히 재조립하는 생물체의 능력은 어떤 유형의 생명체든지 정교하다는 것이 이번 논문의 선임 저자 랜드위버(Laura Landweber) 교수의 설명이다. 단순해 보이는 단 세포 생물체에 그러한 복잡성이 존재한다는 것은 지구상 생명체의 실체적 다양성을 뚜렷이 보여주는 것이라고 한다.

단일 세포로 존재한다는 측면에서는 여전히 작지만, 이는 더 복잡하게 되려는 자연의 초기 시도들 중 하나라고 한다. 유전체의 조각 그림 맞추기의 또 다른 예들도 있긴 하지만, 복잡성 측면에서는 이 생명체가 선두주자(leader )라고 한다. 못에 사는 생물체는 단순할 것이라 생각할 수 있겠지만, 생명체가 얼마나 복잡할 수 있는지, 그것도 염색체들의 모든 구성 단위들을 재조립할 수 있을 정도로 복잡할 수 있다는 것을 바로 생물체를 통해 알 수 있다는 것이다.

실질적 관점에서, 사람과 같이 더 복잡한 동물에서 암 발생 초기 동안 일어날 수 있는 경우처럼, 염색체가 어떻게 깨지고, 재조립될 수 있는 지에 대한 이해에 있어, Oxytricha는 한 가지 전형적인 모델 생물이 될 수 있다고 한다. 암 세포에 있어, 염색체의 역동성은 예측불가능하고 혼란스러울 수 있는 반면, Oxytricha는 염색체의 재조직화가 질서정연하게 단계적으로 일어나는 한 가지 모델이라는 것이다. 사람의 염색체가 부서지고 다른 순서로 재조립되는 것은 기본적으로 좋지 않다. 일반적으로 염색체가 부서지는 것을 차단하는 동일한 생물학적 메커니즘들 중 어떤 것들이 Oxytricha 의 그러한 프로세스에 기용되어, 창의적이고 건설적인 어떤 일을 하는데 이용된다고 한다.

몬트리올대학교 생화학 교수 버거(Gertraud Burger) 박사에 따르면, 이 생물체에서 일어나는 명렬하고 진지하게 조직화된 유전체 재배열은 생물체의 유전학 연구에 있어 고려되어야 할 독특한 수준의 복잡성을 보여준다고 한다. 이번 발견은 살아있는 세포의 요소를 구축하는 데에 유전정보가 실질적으로 사용되기 전, 생물체의 유전적 정보에서 상당한 변화가 일어난다는 것을 보여준다. 그러므로, 유전체 서열 만으로 생물체의 구성을 논하는 것은 쉽지 않고, 경우에 따라서는 불가능할 수도 있다고 한다.

Oxytricha는 이미 다른 미생물과는 상당한 거리가 있다. 세포의 크기는 커서, 전형적인 사람 세포의 크기의 약 10배이다. 또한 이생물체는 두 개의 핵을 가지는 데 반해, 대부분의 단일 세포 생물체는 단 한 개의 핵을 가진다. 어떤 세포의 핵은 내부적 활성을 조절하고, 생식 동안 전달되는 유전자들은 물론 그 세포의 DNA를 가지고 있는 것이 일반적이다. 그러나. 각각(individual)의 Oxytricha 세포는 한 개의 작동 핵(working nucleus)에 그의 활성 DNA를 보유하고, 제2의 핵은 다음 세대에 전달될 한 벌의 유전물질을 저장하는데 이용한다. 생식계통(germ-line) 핵으로 알려진 제2의 핵은 해체되고 재조직화를 거친 후, 자손에서 새로운 작동 핵으로 탄생한다.

Oxytricha에서 성(sex)은 생식보다는 오로지 DNA 교환을 위한 것이다. 짝짓기 동안 두 생명체는 서로 융합하여 유전정보의 절반을 공유한다. 그리고, 그 목적은 각각의 세포가 노화된 유전자들을 그 파트너에서 유래된 새로운 유전자와 DNA 부분들로 대체하는 것이다. 두 세포는 함께 새로운 세트의 염색체로 새로운 작동 핵을 구성한다. 이로써 그들의 유전물질은 새로워지고 다양해져서, 그 세포에게 득이 된다. 이는 마치 공상과학에서처럼 낡은 부분의 교환으로 노화가 중단된다.

각 배우자가 그의 염색체를 새롭게 만드는데 이용될 수 있도록, 생식 계통 핵에 있는 뒤죽박죽의 유전자들을 분류하여, 약 225,000개의 작은 DNA 절편에 위치시키는 것은 바로 이 프로세스(짝짓기) 동안이라는 것이 이번 연구에서 확인되었다. 2012년 학술지 Cell 그리고 2008 년 학술지 Nature에 실린 랜드위버 연구실의 선행 연구 결과에서 선행 세대에서 유래된 수백만의 비 암호화 RNA 분자들이 DNA 조각들을 표시하고, 정확한 순서로 분류되도록 함으로써 이 과업을 지휘한다는 것이 확인되었다. 또한 인상적이게도 Oxytricha 유전체의 규모는 크다. 학술지 PLoS Biology 에 실린 이들의 연구 결과에 따르면, 이 생물체의 활성 핵에는 16,000개의 염색체가 있는데, 사람은 46개일 뿐이다.

Oxytricha 염색체 대부분에는 단지 한 개의 유전자가 있지만, 이들 유전자는 매우 강력할 수 있다. 한 개의 Oxytricha 유전자는 1~245사이의 별도의 245조각 어느 곳이든지 존재할 수 있다. Oxytricha의 이 예외적인 유전체로 그의 DNA가 보호되고, 그 결과로 생식 동안 대체적으로 건강한 유전물질의 전달이 이루어진다. 이 생물체가 조류를 아삭아삭 먹는 것이 전세계적으로 발견되는 것도 그리 놀라울 일이 아니다.


http://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-09/pu-ioo090814.php







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