DNA에는 신체의 청사진이 포함되어 있지만 살아있는 문서입니다. 후성 유전적 표시를 사용하여 설계를 조정할 수 있습니다.
후성유전적 표지는 기본 유전자 코드를 변경하지 않고 그 위에 게놈과 함께 유전될 수 있는 추가 정보를 기록하는 DNA 염기의 변형입니다.
후성 유전적 표시는 일반적으로 특히 발달 초기 또는 신체가 스트레스를 받을 때 유전자 발현을 조절합니다. 즉, 유전자를 켜거나 끕니다. 또한 게놈의 무결성을 위협하는 이동 요소인 점프 유전자를 억제할 수 있습니다.
인간과 다른 진핵생물에서는 두 가지 주요 후성유전적 표지가 알려져 있습니다. 이제 MBL 과학자들은 작은 민물 동물인 bdeloid rotifers에서 이전에 박테리아에서만 알려진 세 번째 새로운 후성 유전적 표시를 발견했습니다. 이 근본적이고 놀라운 발견은 Nature Communications에 보고되었습니다.
2008년에 우리는 bdeloid rotifers가 외래 유전자를 잡는 데 매우 능숙하다는 것을 발견했습니다.”라고 이 연구의 수석 저자인 Irina Arkhipova가 말했습니다. 우리는 약 6천만 년 전에 로티퍼가 이전에는 존재하지 않았던 새로운 후성 유전적 표지를 도입할 수 있는 박테리아 유전자를 우연히 집어 들었다는 것을 발견했습니다. 수평으로 전달된 유전자가 진핵생물의 유전자 조절 시스템을 바꾸는 것으로 밝혀진 것은 이번이 처음입니다.
이것은 매우 이례적인 일이며 이전에 보고된 적이 없습니다. 수평으로 전달된 유전자는 조절 유전자보다는 작동 유전자인 것이 바람직하다고 믿어집니다. 기존 규제 시스템은 이미 매우 복잡하기 때문에 수평으로 전달된 단일 유전자가 어떻게 새로운 규제 시스템을 형성할 수 있는지 상상하기 어렵습니다.
거의 믿을 수 없습니다.”라고 공동 저자 Irina Yushenova가 말했습니다. 과거 어딘가에서 박테리아 DNA의 단편이 우연히 진핵생물의 DNA 단편과 합쳐졌다고 상상해 보십시오. 둘 다 로티퍼 게놈에 결합되어 기능적 효소를 형성했습니다. 연구실에서도 하기 쉽지 않은 일이고 자연스럽게 이루어졌습니다. 그리고 이 복합 효소는 이 놀라운 조절 시스템을 만들었고, bdeloid rotifers는 이 모든 호핑 트랜스포존을 제어하는 데 사용할 수 있었습니다. 그것은 마술과 같습니다.
과학자들은 트랜스포존(유전체 내에서 이동하거나 전치하고 복제할 수 있는 유기체의 DNA 부분)이 게놈에서 돌아다니는 것을 원하지 않는다고 말합니다. 그것들은 모든 것을 망칠 것이므로 당신은 그것들을 통제할 필요가 있습니다. 그리고 이를 달성하기 위한 후성유전학적 체계는 동물마다 다릅니다. 이 경우 박테리아에서 bdeloid rotifers로의 수평 유전자 전달은 이전에 설명되지 않은 동물의 새로운 후성 유전 시스템을 만들었습니다.
Bdeloid rotifers는 대부분 무성 생식을 하기 때문에 특히 transposon을 제어해야 한다고 Irina Arkhipova가 말했습니다.
무성 계통은 유해한 트랜스포존의 확산을 억제할 수단이 적기 때문에 추가 보호 계층을 추가하면 돌연변이 위기를 예방할 수 있습니다. 실제로, 트랜스포존의 풍부함은 게놈 방어 시스템에 이러한 추가 후성 유전 층이 없는 성 진핵생물보다 bdeloid에서 훨씬 더 낮습니다.
진핵생물에서 이전에 알려진 2개의 후성유전적 표시에서 메틸기가 DNA 염기, 시토신 또는 아데닌에 추가됩니다. 새로 발견된 표식은 또한 시토신의 변형이지만 메틸기의 독특한 박테리아 유사 배열을 가지고 있으며, 20억 년 전 초기 진핵생물에서 공통의 후성유전적 표식이 나타났을 때 본질적으로 진화적 사건을 반복했습니다.
Bdeloid rotifers는 매우 탄력적인 동물입니다. 그들은 몇 주 또는 몇 달에 걸쳐 완전히 건조되었다가 물을 사용할 수 있게 되면 다시 살아날 수 있습니다. 건조 단계에서 그들의 DNA는 여러 조각으로 나뉩니다.
그들이 재수화하거나 다른 방식으로 DNA의 끝 부분에 접근할 수 있게 하면 섭취한 박테리아, 균류 또는 미세조류의 외래 DNA 단편이 로티퍼 게놈으로 옮겨질 수 있다고 Irina Arkhipova는 말했습니다. 과학자들은 로티퍼 게놈의 약 10%가 후생동물이 아닌 출처에서 나온다는 것을 발견했습니다.
그러나 과학자들은 로티퍼 게놈에서 세균성 메틸트랜스퍼라제(메틸트랜스퍼라제는 DNA의 메틸기 전달을 촉매함)와 유사한 유전자를 발견하고 놀랐습니다. 우리는 이 유전자가 이 새로운 트랜스포존 억제 기능을 담당한다고 가정했고 지난 6년 동안 이것이 실제로 사실임을 증명했습니다.”라고 Irina Arkhipova가 말했습니다.
로티퍼에서 이 새로운 후성유전학적 시스템의 발견이 어떤 의미를 가질 수 있는지 말하기는 아직 너무 이르다.
좋은 비교는 기초 연구 발견으로 시작된 박테리아의 CRISPR-Cas 시스템입니다. CRISPR-Cas9는 현재 다른 유기체에서 유전자 편집 도구로 널리 사용됩니다.
2022-03-05 03:53:56
작가: Vitalii Babkin