바이오인

 꺾쇠호나선 진핵산(FBI DNA)은 유전학과 후성유전학의 스위치

김병동

서울대학교 농업생명과학대학 식물생산과학부

[목차]

01 서론

02 본론

- 전자현미경이 찾은 독특한 DNA 형태들

- FBI DNA

- 반복서여로가 동형재조합

- 짧은 반복서열과 FBI DNA

- 다양한 DNA 구조들과 FBI DNA

- 긴 반복서열과 긴 막대 DNA

- FBI DNA 구조 분석 및 연구 방법의 한계과 전망

- FBI DNA 작동원리를 반영하는 생화학, 분자유전학, 문헌 증거들

- 유전자가위

- 후성유전학(Epigenetics)과 FBI DNA

- 이중나선 DNA와 FBI DNA의 역사적 의의

03 결론

04 참고문헌

05 저자약력

[내용]

01 서론

현대 분자생물학은 왓슨과 크릭이 제안한 이중나선 DNA 구조에 담긴 유전 정보를 RNA로 전사하고, 이를 유전자 정보에 대응하는 아미노산들을 연결하여 단백질을 만든다는 크릭의 중심가설(central dogma)에 기반을 두고 크게 발전하였다. 인간 유전체에서 그 단백질의 아미노산 서열 정보를 지정하는 유전자는 2.0% 미만인 반면 으미를 잘 모르는 반복인자는 46.6%를 점한다. 넘쳐나는 반복서열 정보는 생물정보학 방법으로 대량 수집되고 다양한 분석이 가해지고 있지만 그의 생물학적 의미의 통일된 정립은 어려운 상태다. 반복서열은 오히려 순조로운 실험 진행에 방해되어 미리 제거되거나 그 정보가 가려지거나 무시되거나 연결되지 않는 공백으로 남기도 한다. 후기 유전체 생명공학 시대 연구의 초점은 유전자 발현 조절에 관여하는 전사조절인자(TF)와 강화자(enhancer)의 작동원리, 그리고 크로마틴(chromatin) 구조와 기능에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 히스톤(histone) 단백질이 관여하는 후성유전학(epigenetics)에 맞추어져 있다. 거대한 유전체 차원에서 DNA 인자의 먼 거리 상호작용에 대한 관심도 높아지고 있으나 기본적으로는 직선형 이중나선 DNA 분자와 결합단백질 사이의 상호작용으로 설명되고 있다. 이 논단에서 소개되는 꺾쇠호나선(foldback intercoil, FBI) 진핵산(DNA) 구조는 선형인 이중나선이 접히면서 네가닥을 만드는 등 DNA 분자간 상호작용을 할 수 있는 구조이며 DNA 반복서열이 생물학적 역할을 수행하는 필수적 도구이다. FBI DNA 구조 안에서 네가닥으로 서로 만난 반복서열이 동형재조합을 통하여 유전자의 복제, 전사, 동형재조합, 전위 등 기능을 중개하는 마스터 스위치을 뿐 아니라, 후성유전학으로 대변되는 유전자재배열, 세포분화와 발달 등 생명체 차원의 현상을 조절하는 마스터 스위치임을 제안한다.

전자현미경이 찾은 독특한 DNA 형태들

식물 세포질응성불임 관련 연구에서 미토콘드리아 DNA(mt DNA)를 투과전자현미경으로 관찰하던 중 독특한 두 종류의 모양들, 즉 '긴 막대 모양'과 '줄기-고리 모양'들이 매우 드물지만 지속적으로 발견되었다. '긴 막대 모양'은 한쪽 끝은 고리, 다른 끝은 단백질뭉치가 결합된 모양이 많았다. 곧은 막대는 굵기가 '굵은 것'과 모양은 같지만 이중나선 정도로 '가는 것' 두 가지가 있어서 DNA 복제 과정의 산물일 가능성이 제시되었다. '줄기-고리'모양은 국수가락처럼 휘어지는 이중나선 DNA 위에 달린 곁가지 모양인데 줄기 부분은 두 가닥 굵기이지만 두 가닥이 겹쳐진 네 가닥으로 구성된 것으로 여겨졌다. 이들 독특한 형태의 DNA 생체물질의 대량 순수 분리는 현실적으로 불가능하므로 우선 DNA 공간모형을 사용하여 줄기-고리 모양이 재현됨을 확인하였고 이에 근거하여 DNA 동형재조합(homologous recombination, HR) 등에 관한 새로운 해석이 시도되었다.

...................(계속)

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.