우연한 부산물로 생각되는 원형 DNA는 세포의 DNA 복구 메커니즘을 빌려 스스 로 복제하고 있습니다.

그것의 바이러스 사촌들처럼, 레트로트랜스포존(retrotransposon)이라고 불리는 다소 기생적인 DNA 염기서열은 목표를 달성하기 위해 세포 자체의 기계를 빌려오는 것으로 밝혀졌습니다.

수요일 온라인 저널에 게재된 신작에서 자연Duke University 팀은 레트로트랜스포존이 세포의 DNA 복구 기능 중 잘 알려지지 않은 부분을 가로채 고리 모양으로 닫은 다음 일치하는 이중 가닥을 생성한다고 결정했습니다.

이번 발견은 이 고리가 나쁜 유전자 복제의 쓸모없는 부산물일 뿐이라는 40년 간의 통념을 뒤집는 것입니다. 또한 암, 바이러스 감염 및 면역 반응에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수도 있습니다.

레트로트랜스포손은 약 7,000자 길이의 DNA 조각으로 식물과 동물 게놈의 서로 다른 부분에 자신을 복사하여 붙여넣습니다. 이를 통해 DNA를 다시 작성하고 세포가 유전자를 사용하는 방식을 조절하는 역할을 합니다. Retrotransposons는 진화를 주도하고 두 부모로부터 유전되는 유전자의 많은 변이와 혁신의 배후에 있는 것으로 여겨집니다.

많은 연구에서 염색체 외부에 있는 이러한 DNA 고리가 부분적으로는 DNA 서열 내에 암을 유발하는 발암유전자를 품고 있는 것으로 알려져 있기 때문에 암의 발달과 진행에 어떻게든 관여한다고 제안했습니다. 에이즈를 일으키는 레트로바이러스 HIV도 원형 DNA를 형성하는 것으로 알려져 있다.

약리학 및 암 생물학 조교수이자 Duke Science & Technology 학자인 Zhao Zhang(ZZ)은 “이러한 요소가 동물 진화를 위한 게놈 역학의 원천이며 심지어 우리의 일상 생활에 영향을 미친다고 생각합니다.”라고 말했습니다. “그러나 우리는 여전히 그들의 기능을 평가하는 과정에 있습니다.”

레트로트랜스포손은 인간 게놈의 약 40%, 옥수수 게놈의 75% 이상을 구성하는 매우 흔한 유전자이지만, 그들이 스스로를 복제하는 방법과 장소는 항상 약간 불분명했습니다.

Zhang은 이 연구를 위해 참고한 레트로바이러스에 관한 두꺼운 교과서를 들고 있습니다. 책에는 고리와 같은 서열이 “선형 DNA의 두 끝을 재조합하여 생성된 것이며 복제 실패의 부산물인 막다른 골목에 불과하다”고 그는 말했습니다.

초파리 알에 대한 초기 연구에서 Zhang의 팀은 유전된 레트로트랜스포존이 난자를 지지하는 ‘간호 세포’를 공장으로 사용하여 자신의 많은 복제본을 제조한 다음 파리의 발달 중인 난자의 게놈 전체에 분포된다는 사실을 확립했습니다. 이 모델 시스템을 통해 연구자들은 레트로트랜스포존에 대해 더 많이 알기 위해 더 확대할 수 있었습니다.

최신 연구에서 그들은 새로 추가된 대부분의 레트로트랜스포존이 숙주의 게놈에 통합되기보다는 이 원형 형태라는 것을 예기치 않게 발견했습니다. 그런 다음 그들은 세포의 DNA 복구 메커니즘을 한 번에 하나씩 제거하는 일련의 실험을 실행하여 원이 어떻게 그리고 어디에서 형성되고 있는지 알아냈습니다.

답은 거의 연구되지 않은 DNA 복구 메커니즘인 대체 말단 결합 DNA 복구 또는 줄여서 alt-EJ로, 이중 가닥 파손을 복구합니다. 레트로트랜스포존 서열은 숙주의 수리 기계의 이 부분을 사용하여 단일 가닥 DNA의 끝을 함께 꿰맨 다음 DNA 합성 효소를 사용하여 일치하는 이중 가닥을 만듭니다. 연구원들은 이것이 인간 세포 내에서도 일어나는 과정임을 확인했습니다.

따라서 레트로트랜스포존은 엉성한 사고가 아닙니다. 그들은 실제로 바이러스가 하는 것처럼 더 많은 것을 생산하기 위해 세포의 기계를 약간 탈취하고 있습니다.

“우리의 발견은 실제로 교과서 모델을 뒤집습니다.”라고 Zhang은 말했습니다. “우리는 교과서에서 제안한 재조합 사건이 고리 형성에 중요하지 않다는 것을 보여주었다”고 Zhang은 말했다. “대신 alt-EJ 경로가 원 생산을 주도합니다.”

“우리 연구실은 현재 원형 DNA가 새로운 게놈 삽입을 위한 중간체가 될 수 있는지 여부를 테스트하려고 노력하고 있습니다.”라고 Zhang은 말했습니다. “우리는 또한 원형 DNA가 면역 반응을 유발하기 위해 면역 체계에 의해 감지될 수 있는지 여부를 테스트하고 있습니다.”

“레트로바이러스 분야와 레트로트랜스포존 분야에서 사람들은 원형 DNA가 단지 사소한 사건이라고 생각하지만, 우리 연구는 원형 DNA를 중심 단계로 가져오고 있습니다.”라고 Zhang은 말했습니다. “사람들은 원형 DNA에 더 많은 관심을 기울여야 합니다.”

이 연구에 대한 자금은 국립 암 연구소(P01CA247773), 국립 보건원(DP5 OD021355, R01 GM141018) 및 Pew Biomedical Scholars Program에서 제공되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230712124629.htm