거북이의 새로운 주름: 연구원들이 거북이의 유전체가 독특한 방식으로 접힌다는 사실을 발견했습니다.

DNA 분자는 긴 뉴클레오타이드 문자열에 방대한 양의 유전 데이터를 보관하여 생명체가 어떻게 기능해야 하는지에 대한 지침을 제공합니다. 즉, 생명의 청사진입니다. 그러나 청사진이 어떻게 저장되는지에 따라 청사진을 읽고 사용하는 방법에 영향을 미칩니다.

세포가 분열하고 복제되면서 단백질(크로마틴) 주위에 감긴 DNA 가닥은 단단히 묶인 염색체에 있습니다. 분열 후 염색체는 느슨해지고 크로마틴은 덜 압축됩니다. 크로마틴 섬유가 어떻게 그리고 어디에서 접히고 스스로 루프를 이루느냐에 따라 어떤 유전자가 활성화되는지가 영향을 받습니다. 아이오와 주립 대학이 이끄는 연구팀의 연구 결과는 이 과정에 대한 새로운 통찰력을 제공하며 잠재적인 생물학적 용도가 있을 수 있습니다.

"크로마틴이 접힐 때의 3차원 구조는 유전자 조절에 중요합니다. 크로마틴이 핵에서 물리적으로 어디에 위치하는지도 중요합니다. 크로마틴 접힘 패턴의 진화는 표현형 진화와 변화하는 환경에 대한 적응을 주도하는 게놈 기능과 발달 프로그램을 변화시킵니다." 아이오와 주립 대학의 생태학, 진화 및 유기체 생물학 교수인 니콜 발렌주엘라의 말입니다. "염색체 접힘은 여전히 ​​블랙박스와 같습니다. 우리는 그것에 대해 많은 것을 배웠지만, 여전히 빙산의 일각일 뿐입니다."

세포 주기의 분열 후 간기 동안 염색체의 모양과 위치는 인핸서 서열과 유전자 프로모터와 같이 인접하지 않은 영역을 접촉시키기 때문에 유전자 기능에 영향을 미칩니다. 활성 크로마틴 영역 내에서 상호작용에 쉽게 사용할 수 있는 DNA는 발현될 가능성이 더 높은 반면, 덜 접근 가능한 억제 크로마틴 내의 DNA는 침묵됩니다.

과학자들은 DNA 분자의 다른 부분들이 서로 얼마나 자주 접촉하는지 분석하여 인간과 쥐, 새를 포함한 일반적으로 연구되는 많은 동물의 크로마틴의 다양한 물리적 구성을 모델링했습니다. 발렌주엘라가 이끄는 연구팀 덕분에 거북이도 목록에 추가되었습니다. Genome Research 에 최근 게재된 논문에서 연구자들은 두 종의 거북이의 유전체에 대한 연구를 설명했는데, 다른 유기체에서는 관찰되지 않은 놀라운 크로마틴 배열이 나타났습니다.

새로운 정렬

염색체는 중심체라고 불리는 더 얇은 접합점을 가지고 있으며, 끝부분은 텔로미어라고 불리는 반복적인 DNA 서열로 보호됩니다. 인간의 경우 염색체는 세포핵 내부의 별도 영역에 남아 있습니다. 하지만 유대류와 같은 일부 동물의 세포에서는 염색체가 뭉쳐서 중심체가 상호 작용할 수 있습니다. 새와 같은 다른 동물에서는 텔로미어가 접촉하도록 뭉칩니다. 거북이는 지금까지 연구된 동물 중에서 텔로미어와 중심체가 서로 가까이 정렬된 유일한 동물입니다. 접힘과 위치의 이러한 차이는 혈통별 유전자 조절로 이어집니다.

"이것은 포유류, 조류, 파충류가 서로 다른 패턴으로 진화한 양막류의 조상 상태일 가능성이 있습니다. 거북이는 우리에게 처음에 존재했던 것을 보여주고 척추동물 유전체의 진화에 빛을 비출 수 있습니다."라고 발렌주엘라는 말했습니다.

거북이의 3차원 게놈 구조와 그것이 환경 조건에 어떻게 반응하는지에 대해 더 많이 알면 인간의 생물의학적 용도에 활용될 수 있는 특성의 유전적 기초를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 일부 거북이는 산소 없이 몇 주 동안 생존할 수 있으며, 이는 뇌졸중 치료로 이어질 수 있습니다. 일부 거북이가 극한의 추위를 어떻게 견딜 수 있는지 알아내는 것은 인간 조직의 극저온 보존에 도움이 될 수 있습니다.

"우리는 왜 다른 계통이 어떤 면에서는 다르고 다른 면에서는 왜 같은지, 어떤 부분을 공유하고 어떤 부분이 다른지 더 잘 이해하고 싶습니다." 거북이에 초점을 맞춘 연구를 하는 발렌주엘라의 말이다. "만약 우리가 일어난 변화의 진화적 역사를 재구성할 수 있다면, DNA 포장과 염색체 접힘의 차이가 우리가 관심 있는 특성에 어떤 영향을 미치는지, 유전자가 어떻게 조절되는지, 척추동물 유전체가 어떻게 진화하는지에 대해 훨씬 더 많이 알 수 있을 것입니다. 그리고 거북이 크로마틴 구조가 외부 조건에 어떻게 반응하는지 이해하는 것도 환경 변화가 그들의 생물학에 미치는 잠재적 영향을 예측하는 데 도움이 되어 보존 노력에 도움이 될 것입니다."

이 연구는 미국 국립과학재단의 두 가지 연구비로 일부 자금을 지원받았습니다.

더 깊이 파고들다

발렌수엘라 연구실은 앞으로도 거북이 유전체의 공간적 구성을 연구하는 데 중점을 둘 것이라고 그녀는 말했습니다.

향후 계획에는 추가적인 거북이 종을 조사하는 것이 포함됩니다. 현재 연구는 가시가 있는 연갑거북과 북부 거대 사향거북에 관한 것이었지만, 발렌주엘라의 연구 그룹은 이미 거북이 4종의 유전체 구조를 살펴보기 위한 데이터를 수집했습니다. 그녀는 또한 거북이를 악어, 도마뱀, 뱀과 비교하여 크로마틴이 비슷한 패턴으로 배열되는지 확인하고 싶어합니다.

발렌주엘라는 거북이의 크로마틴 접힘 기능을 더 깊이 파고들기 위해 그녀의 연구실에서 세 종의 거북이를 위해 개발한 간 기관체를 연구할 예정입니다. 간 기관체는 실험실에서 배양한 작은 세포 공으로, 간 조직의 단순화된 버전을 모방한 것입니다.

더욱 정교한 매핑 방법을 사용하면 더욱 자세한 크로마틴 지도를 생성하는 고해상도 데이터와 시간이 지남에 따라, 그리고 다양한 환경에서 3D 크로마틴 구조가 어떻게 변하는지 연구하는 기술을 포함하여 더욱 풍부한 결과를 얻을 수 있습니다.

"진정으로 유전형에서 표현형으로의 매핑을 하려면 우리는 이 수준의 복잡성에 도달해야 합니다."라고 그녀는 말했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241111181800.htm