트랜스포존
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1. 개요
트랜스포존은 염색체 내에서 위치를 바꾸는 DNA 조각으로, 1940년대 바버라 매클린톡에 의해 옥수수 연구를 통해 처음 발견되었다. 트랜스포존은 전이 방식에 따라 DNA 트랜스포존과 레트로트랜스포존으로 분류되며, 자율성과 비자율성으로도 구분된다. 트랜스포존은 유전자 기능을 파괴하거나 발현 양상을 변화시켜 혈우병, 암, 알츠하이머병 등 다양한 질병을 유발할 수 있으며, 유전적 다양성을 증가시키고 새로운 유전자 및 조절 서열을 생성하는 등 진화와 생물학적 기능에 중요한 역할을 한다. 세포는 DNA 메틸화, RNA 간섭, 히스톤 변형 등 다양한 기작을 통해 트랜스포존의 활동을 억제한다. 트랜스포존은 유전자 기능 연구, 유전자 치료, 유전체 분석 등 다양한 분야에 응용되며, 연구 윤리, 사회적 형평성, 환경 영향 등 윤리적, 사회적 고려 사항이 존재한다.
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| 트랜스포존 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 유형 | DNA 트랜스포존 레트로트랜스포존 |
| 발견 | 바버라 매클린톡 (1940년대) |
| 특징 | 게놈 내에서 이동 가능한 DNA 서열 유전자 발현 조절, 게놈 크기 변화, 유전자 진화 등에 영향 |
| 상세 정보 | |
| 구조 | 말단 반복 서열 (Terminal Inverted Repeats, TIRs) 표적 부위 복제 (Target Site Duplication, TSD) |
| 이동 메커니즘 | DNA 트랜스포존: 잘라내기-붙여넣기 (Cut-and-paste) 또는 복제 (Replicative) 레트로트랜스포존: RNA 중간체를 거쳐 역전사 후 삽입 |
| 분류 | 자율성 트랜스포존: 자체 효소 코딩 비자율성 트랜스포존: 다른 트랜스포존 효소에 의존 |
| 게놈 내 분포 | 진핵생물 게놈의 상당 부분 차지 (인간 게놈의 약 45%) 특정 부위에 집중 분포 |
| 기능 | 유전자 발현 조절 유전자 재배열 및 돌연변이 유발 게놈 크기 및 구조 변화 종 분화 및 진화 촉진 |
| 조절 메커니즘 | DNA 메틸화 히스톤 변형 RNA 간섭 (RNAi) |
| 관련 질병 | 암 유전 질환 신경 질환 |
| 연구 분야 | 유전체학 진화생물학 의학 생명공학 |
2. 트랜스포존의 발견
바버라 매클린톡은 콜드 스프링 하버 연구소에서 옥수수(''Zea mays'')를 연구하던 중 최초로 트랜스포존을 발견했다.[7] 1944년부터 1945년 겨울 사이, 매클린톡은 자가 수분된 옥수수 씨앗을 심어 실험을 진행했다. 이 옥수수는 9번 염색체 끝부분이 부러진 상태였다.[7] 옥수수 잎에서 특이한 색상 패턴을 발견한 매클린톡은, 세포 분열 과정에서 유전 물질의 손실과 획득이 일어난다고 가설을 세웠다.[8] 부모 세대와 염색체를 비교한 결과, 염색체의 특정 부분이 위치를 변경했음을 확인했다.[8] 이는 당시 유전자가 염색체 내 고정된 위치에 있다는 통념을 뒤집는 발견이었다. 매클린톡은 유전자가 이동할 수 있을 뿐만 아니라, 특정 조건에서 켜지거나 꺼질 수 있다는 사실도 발견했다.[8]
트랜스포존은 전이 방식에 따라 크게 두 가지로 분류된다. DNA 트랜스포존은 '잘라내기-붙여넣기(cut-and-paste)' 방식으로, 레트로트랜스포존은 RNA 중간체를 거쳐 '복사-붙여넣기(copy-and-paste)' 방식으로 전이한다.
매클린톡은 1951년에 자신의 연구 결과를 발표하고,[10] 1953년에는 ''유전학(Genetics)'' 저널에 "옥수수에서 선택된 유전자좌에서의 불안정성 유도"라는 제목의 논문을 게재했다.[10] 그러나 1951년 콜드 스프링 하버 심포지엄에서 그녀의 발표는 큰 주목을 받지 못했다.[11] 1960년대 후반, 세균에서 전이 인자가 발견되면서 매클린톡의 연구는 재조명되었고,[12] 그녀는 1983년 노벨 생리학·의학상을 단독 수상했다.[13]
3. 트랜스포존의 분류 및 전이 기작
DNA형 트랜스포존은 '''트랜스포제'''(Transposase영어, '트랜스포제이스'라고도 함)라는 효소를 이용하여 전이하며, 이 효소는 트랜스포존 자체가 코딩한다. 트랜스포존 양 끝에는 역방향의 반복 서열이 있어 트랜스포제가 이 서열을 인식하여 트랜스포존을 게놈에서 잘라낸 후 다른 위치에 삽입한다. 레트로포존은 전사 후 자신이 코딩하는 역전사 효소에 의해 mRNA로부터 cDNA를 만들어 염색체에 삽입한다. 이러한 과정은 유전자 영역에 삽입될 경우 변이를 일으키고, DNA형은 잘라낼 때 주변 DNA 서열을 깎아 염색체 이상을 유도하기도 하며, 불완전하게 전이되면 염색체에 정크 서열을 남기기도 한다.
레트로트랜스포존은 레트로바이러스와 유사하게 RNA 중간체를 통해 전이한다. 레트로트랜스포존 DNA는 RNA 중합효소에 의해 전사되어 RNA를 생성하고, 이 RNA는 역전사 효소에 의해 다시 DNA로 역전사되어 새로운 위치에 삽입된다.[15]
레트로바이러스의 전위 사이클은 원핵생물 TE의 전위 사이클과 유사하며, 둘 사이의 먼 관계를 시사한다. 부모의 생식세포가 레트로바이러스에 감염돼 프로바이러스가 존재하는 상태의 게놈을 물려받을 수 있는데, 자손에게 유전된 이 프로바이러스를 내인성 레트로바이러스라 하며, 사람 게놈의 8%를 차지한다. 이들 중 대다수는 돌연변이가 축적되어 활성을 잃은 정크 DNA이다.
트랜스포존은 스스로 전이할 수 있는지 여부에 따라 자율성과 비자율성으로 나뉜다. 자율성 트랜스포존은 전이에 필요한 효소(트랜스포제이스 또는 역전사 효소)를 스스로 코딩하는 반면, 비자율성은 다른 트랜스포존의 도움이 필요하다.
3. 1. DNA 트랜스포존
DNA 트랜스포존은 트랜스포제이스(transposase)라는 효소를 이용하여 전이한다. 트랜스포제이스는 트랜스포존 양 끝의 역반복 서열(inverted repeat sequence)을 인식하여 DNA를 절단하고, 새로운 위치에 삽입한다. 전이 과정에서 DNA 이중 가닥 절단(double-strand break)이 발생하며, 이 과정에서 유전자 결실, 유전자 삽입, 역위 등 다양한 돌연변이가 발생할 수 있다.[16]
'''B'''. 전위 메커니즘: 두 개의 트랜스포제가 TIR 서열을 인식하고 결합하여 DNA 이중 가닥 절단을 촉진한다. 그런 다음 DNA-트랜스포제 복합체는 게놈의 다른 특정 DNA 모티프에 DNA 화물을 삽입하여 통합 시 짧은 TSD를 생성한다.
2급 트랜스포존(TE)의 절단-붙여넣기 전위 메커니즘은 RNA 중간체를 포함하지 않는다. 전위는 여러 개의 트랜스포제이스 효소에 의해 촉매된다. 일부 트랜스포제이스는 DNA의 모든 표적 위치에 비특이적으로 결합하는 반면, 다른 트랜스포제이스는 특정 표적 서열에 결합한다. 트랜스포제이스는 표적 위치에서 엇갈린 절단을 하여 점착성 말단을 생성하고, DNA 트랜스포존을 잘라내어 표적 위치에 연결한다. DNA 중합효소는 점착성 말단에서 생성된 간격을 채우고 DNA 연결효소는 당-인산 골격을 닫는다. 이로 인해 표적 위치가 중복되고 DNA 트랜스포존의 삽입 위치는 짧은 직접 반복(DNA 중합효소에 의해 채워진 표적 DNA의 엇갈린 절단) 다음에 역반복 (이는 트랜스포제이스에 의한 TE 절제에 중요함)으로 식별될 수 있다.
절단-붙여넣기 TE는 전위가 세포 주기의 S기 동안 발생할 경우 복제될 수 있으며, 이 경우 공여체 위치는 이미 복제되었지만 표적 위치는 아직 복제되지 않았다. 표적 위치에서의 이러한 중복은 게놈 진화에서 중요한 역할을 하는 유전자 중복을 초래할 수 있다.[17]
모든 DNA 트랜스포존이 절단-붙여넣기 메커니즘을 통해 전위되는 것은 아니다. 어떤 경우에는 트랜스포존이 새로운 표적 위치에 스스로 복제되는 복제 전위가 관찰된다(예: 헬리트론).
대표적인 DNA 트랜스포존으로는 옥수수의 Ac/Ds 요소, 초파리의 P 요소, 세균의 Tn 계열 트랜스포존 등이 있다.
DNA형 트랜스포존이 전이하기 위해서는 '''트랜스포제이스''' (Transposase영어)라고 불리는 효소가 필요하며, 이는 트랜스포존 자체가 코딩하고 있다. 트랜스포존은 말단에 역방향의 반복 서열을 가지고 있으며, 트랜스포제이스는 이 서열을 인식하여 트랜스포존을 게놈 서열에서 잘라낸다. 그리고 적당한 게놈 서열에 다시 삽입한다. 초파리의 트랜스포존 중에는 P 요소가 유명하다. P 요소는 불과 50년 전에 수평 이동으로 자연계의 초파리에 유입된 것으로 생각된다.
3. 2. 레트로트랜스포존
레트로바이러스와 유사하게, 레트로트랜스포존은 RNA 중간체를 통해 전이하는 트랜스포존이다. 먼저, 레트로트랜스포존 DNA가 RNA 중합효소에 의해 전사되어 RNA를 생성한다. 생성된 RNA는 역전사 효소에 의해 다시 DNA로 역전사된다. 역전사된 DNA는 새로운 위치의 게놈에 삽입된다.[15]
레트로트랜스포존은 크게 다음과 같이 분류된다.
레트로바이러스의 전위 사이클은 원핵생물 TE의 전위 사이클과 유사하며, 둘 사이의 먼 관계를 시사한다. 부모의 생식세포가 레트로바이러스에 감염돼 프로바이러스가 존재하는 상태의 게놈을 물려받을 수 있는데, 자손에게 유전된 이 프로바이러스를 내인성 레트로바이러스라 하며, 사람 게놈의 8%를 차지한다. 물론 이들 중 대다수는 돌연변이가 축적되어 활성을 잃은 정크 DNA이다.
전위는 1류 및 2류 TE 모두에서 "자율적" 또는 "비자율적"으로 분류될 수 있다. 자율 TE는 스스로 움직일 수 있는 반면, 비자율 TE는 움직이기 위해 다른 TE의 도움이 필요하다. 예를 들어, 활성자 요소(''Ac'')는 자율 TE의 예시이며 해리 요소(''Ds'')는 비자율 TE의 예시인데, ''Ac''가 없으면 ''Ds''는 전위할 수 없다.
3. 3. 자율성 및 비자율성 트랜스포존
트랜스포존은 스스로 전이할 수 있는지 여부에 따라 자율성 트랜스포존과 비자율성 트랜스포존으로 나눌 수 있다. 자율성 트랜스포존은 전이에 필요한 효소(트랜스포제이스 또는 역전사 효소)를 스스로 코딩한다. DNA형 트랜스포존은 자신이 코딩하는 트랜스포제이스를 이용하여 전이하며, 레트로트랜스포존은 자신이 코딩하는 역전사 효소를 이용하여 전이한다.[19] 반면, 비자율성 트랜스포존은 이러한 효소를 스스로 코딩하지 못하므로, 다른 자율성 트랜스포존의 도움을 받아야 전이할 수 있다.
4. 트랜스포존과 질병
트랜스포존은 '점핑 유전자'라고도 불리며, 게놈 내에서 또는 게놈 간에 이동할 수 있는 유전 요소이다. 트랜스포존은 숙주 진핵생물 게놈에 긍정적인 영향도 주지만, 돌연변이 유발 물질로 작용하여 유전 질환을 유발하고, 이소성 발현으로 인해 치명적인 영향을 줄 수 있기 때문에 질병이나 악성 유전자 변이를 일으키기도 한다.[41][27]
4. 1. 트랜스포존에 의한 질병 발생 기작
트랜스포존은 다음과 같은 다양한 방식으로 숙주 세포의 게놈을 손상시켜 질병을 유발할 수 있다.[41]- 기능성 유전자에 삽입될 경우 해당 유전자를 비활성화할 수 있다.
- DNA 트랜스포존이 유전자를 떠난 후, 남은 틈이 제대로 복구되지 않을 수 있다.
- Alu 염기서열처럼 동일한 서열이 여러 곳에 존재할 경우, 미토시스 및 감수 분열 과정에서 염색체 쌍 형성에 오류를 일으켜 불균등한 염색체 교차를 유발할 수 있으며, 이는 염색체 중복의 주요 원인 중 하나이다.
트랜스포존은 숙주 게놈에서 유전적 불안정성과 질병을 유발하기 위해 다음과 같은 메커니즘을 사용한다.
- 정상적인 세포 기능을 억제하는 손상된 단백질 발현
- 많은 트랜스포존은 자체 전이효소의 전사를 유도하는 프로모터를 포함하는데, 이러한 프로모터는 연결된 유전자의 비정상적인 발현을 유발하여 질병 또는 돌연변이 표현형을 유발할 수 있다.[42]
트랜스포존으로 인해 발생하는 질병은 다음과 같다.
- 혈우병 A형과 B형
- 인간 응고 인자 VIII에 LINE1 (L1) TE가 삽입되면 혈우병을 유발할 수 있다.[43]
- 중증 복합 면역 결핍증
- L1이 APC 유전자에 삽입되어 결장암을 유발하는 경우도 있는데, 이는 TE가 질병 발달에 중요한 역할을 할 수 있음을 보여준다.[44]
- 포르피린증
- Alu 요소가 PBGD 유전자에 삽입되어 코딩 영역을 방해하면 급성 간헐성 포르피린증(AIP)을 유발할 수 있다.[45]
- 암에 대한 소인
- LINE1(L1) TE 및 기타 레트로트랜스포존은 유전체 불안정성을 유발하기 때문에 암과 관련이 있다.[43]
- 뒤센 근이영양증[46][47]
- fukutin (FKTN) 유전자에 SVA 전이성 요소가 삽입되어 유전자가 비활성화되어 발생한다.[43]
- 알츠하이머병 및 기타 타우병증
- 전이성 요소의 조절 장애는 신경 세포 사멸을 유발하여 신경 퇴행성 질환을 유발할 수 있다.[48]
4. 2. 트랜스포존 관련 질병 예시
- 혈우병 A형과 B형
- 인간 응고 인자 VIII에 LINE1 (L1) TE가 삽입되어 혈우병을 유발하는 것으로 나타났습니다.[43]
- 중증 복합 면역 결핍증
- L1이 APC 유전자에 삽입되어 결장암을 유발하며, TE가 질병 발달에 중요한 역할을 한다는 것을 확인했습니다.[44]
- 포르피린증
- Alu 요소가 PBGD 유전자에 삽입되어 코딩 영역을 방해하고 급성 간헐성 포르피린증[45] (AIP)을 유발합니다.
- 암에 대한 소인
- LINE1(L1) TE 및 기타 레트로트랜스포존은 유전체 불안정성을 유발하기 때문에 암과 관련이 있습니다.[43]
- 뒤센 근이영양증[46][47]
- fukutin (FKTN) 유전자에 SVA 전이성 요소가 삽입되어 유전자가 비활성화되어 발생합니다.[43]
- 알츠하이머병 및 기타 타우병증
- 전이성 요소의 조절 장애는 신경 세포 사멸을 유발하여 신경 퇴행성 질환을 유발할 수 있습니다.[48]
5. 트랜스포존의 진화적 의의 및 생물학적 기능
바버라 매클린톡은 옥수수에서 이동성 유전인자를 발견하여 1983년 노벨 생리학·의학상을 수상했다. 이 이동성 유전인자는 "점프하는 유전자"라고도 불리며, 멘델의 유전법칙만큼 중요한 발견으로 평가받는다.[13]
트랜스포존은 유전체 진화의 중요한 동력으로 작용한다. 유전적 다양성을 증가시키고, 새로운 유전자 및 조절 서열을 생성하며, 유전자 발현 조절 네트워크에 기여한다. 옥수수 게놈의 약 64%는 전이성 유전자(TE)로 구성되어 있으며,[23][24] 인간 게놈의 44%, 마우스 게놈의 거의 절반을 차지한다.[26]
트랜스포존은 돌연변이 유발 물질이며, 살아있는 세포에서 발견되는 많은 전사 인자와 연결된 새로운 시스-조절 DNA 요소의 형성에 기여하기 때문에 많은 진화적 돌연변이와 변형을 겪을 수 있다.
트랜스포존은 다음과 같은 방식으로 숙주 세포의 게놈을 손상시킬 수 있다.[41]
- 기능성 유전자에 삽입되어 해당 유전자를 비활성화
- DNA 트랜스포존이 유전자를 떠난 후 틈새가 제대로 복구되지 않음
- Alu 염기서열과 같이 동일한 서열의 다중 복제로 인해 미토시스 및 감수 분열 동안 부정확한 염색체 쌍 형성이 발생하여 불균등한 염색체 교차를 초래하고, 이는 염색체 중복의 주요 원인 중 하나
트랜스포존은 숙주 게놈에서 유전적 불안정성과 질병을 유발하기 위해 여러 가지 다른 메커니즘을 사용한다. 정상적인 세포 기능을 억제하는 질병 유발, 손상 단백질을 발현한다. 많은 전이인자는 자체 전이효소의 전사를 유도하는 프로모터를 포함한다. 이러한 프로모터는 연결된 유전자의 비정상적인 발현을 유발하여 질병 또는 돌연변이체 표현형을 유발할 수 있다.[42]
과도한 TE 활동은 엑손을 손상시킬 수 있기 때문에, 많은 유기체는 그 활동을 억제하는 메커니즘을 획득했다. 박테리아는 TE와 바이러스를 게놈에서 제거하기 위한 메커니즘의 일부로 높은 유전자 결실 속도를 겪을 수 있으며, 진핵생물 유기체는 일반적으로 RNA 간섭을 사용하여 TE 활동을 억제한다. 그럼에도 불구하고, 일부 TE는 종종 종 분화 사건과 관련된 대규모 계열을 생성한다.[56]
TE 통합의 빈도와 위치는 게놈 구조와 진화에 영향을 미치며 발달 중 및 분화된 세포 유형에서 유전자 및 단백질 조절 네트워크에 영향을 미친다.[62] 게놈 내의 대량의 TE는 여전히 진화적 이점을 제공할 수 있다. 게놈 내의 분산 반복은 진화적 시간 동안 축적되는 전위 사건에 의해 생성된다. 분산 반복은 유전자 전환을 차단하기 때문에, 새로운 유전자 서열이 유사한 유전자 서열에 의해 덮어 쓰이는 것을 방지하여 새로운 유전자 개발을 용이하게 한다.
트랜스포존은 적응 면역계에 항체 다양성을 생성하는 수단으로 차용되었을 수 있다. V(D)J 재조합 시스템은 일부 TE의 메커니즘과 유사한 메커니즘으로 작동한다. TE는 또한 RNA 편집에서 ADAR의 작용을 위한 기질로 작용하는 dsRNA를 형성할 수 있는 반복 서열을 생성하는 데 사용된다.[63]
일부 TE는 또한 다른 출처의 유전자를 포획하고 발현할 수 있는 유전적 요소인 인테그론을 포함한다. 이들은 인테그라아제를 포함하며, 이는 유전자 카세트를 통합할 수 있다. 카세트에서 40개 이상의 항생제 내성 유전자와 독성 유전자가 확인되었다.
트랜스포존은 항상 요소를 정확하게 절제하지 않으며, 때로는 인접한 염기쌍을 제거한다. 이 현상을 엑손 셔플링이라고 한다. 두 개의 관련 없는 엑손을 셔플링하면 새로운 유전자 산물이 생성되거나, 더 가능성이 높은 경우 인트론이 생성될 수 있다.[64]
5. 1. 유전적 다양성 증가
바버라 매클린톡은 1948년 옥수수에서 최초로 트랜스포존을 발견했으며, 이를 통해 유전자 삽입, 유전자 결실, 염색체 전좌와 같은 염색체의 변화를 관찰했다. 이러한 게놈 변화는 옥수수 씨앗 색깔의 변화를 초래할 수 있다.[24] 옥수수 게놈의 약 64%는 트랜스포존으로 구성되어 있다.[24]트랜스포존은 세균에서 항생제 내성 유전자와 같은 추가적인 유전자를 운반하기도 한다. 세균 트랜스포존은 염색체 DNA에서 플라스미드 DNA로 이동하여 항생제 내성 유전자를 영구적으로 추가할 수 있게 한다. 이로 인해 다중 항생제 내성 세균주가 생성될 수 있다.[18]
인간 게놈에서 가장 흔한 트랜스포존은 Alu 서열이며, 약 300개의 염기로 구성되어 있고, 인간 게놈에 30만에서 100만 개 사이에 존재한다. Alu 서열만으로도 인간 게놈의 15-17%를 차지하는 것으로 추정된다.[18] Mariner-유사 요소는 인간을 포함한 여러 종에서 발견되는 또 다른 주요 트랜스포존 종류이다.[33] 인간 게놈에는 약 14,000개의 Mariner 복사본이 있으며, 260만 염기쌍을 포함한다.[36]
검은 담색 나방의 경우, cortex 유전자에 트랜스포존이 삽입되어 나방 날개가 완전히 검게 변하는 돌연변이가 발생했다. 이러한 색 변화는 산업 혁명 시기 나방이 재와 그을음으로 덮인 환경에 적응하는 데 도움을 주었다.[39]
이처럼 트랜스포존은 다양한 생물종에서 유전적 다양성을 증가시키는 역할을 수행하며, 이는 생물이 새로운 환경에 적응하고 진화하는 데 중요한 기여를 한다.
5. 2. 새로운 유전자 및 조절 서열 생성
트랜스포존은 유전자 중복, 엑손 셔플링(exon shuffling), 유전자 포획(gene capture) 등을 통해 새로운 유전자를 생성하는 데 기여한다. 유전자 중복은 기존 유전자의 기능을 유지하면서 새로운 기능을 획득할 수 있는 기회를 제공한다. 엑손 셔플링은 서로 다른 유전자의 엑손을 조합하여 새로운 단백질을 생성할 수 있게 한다. 유전자 포획은 트랜스포존이 유전자의 일부를 획득하여 다른 위치로 이동시킴으로써 새로운 유전자 조절 서열을 생성할 수 있게 한다.[24]게놈 프로젝트가 진행되면서, 인간이나 생쥐 게놈에서 단백질을 코드하는 영역은 1% 이하이며, 나머지 40% 이상은 트랜스포존이 차지하고 있다는 것이 밝혀졌다. 척추동물의 유전자는 서로 상동성을 공유하는 것이 많기 때문에, 유전자 이외의 영역에서 다양성을 만들어내는 이러한 트랜스포존이 종분화에 중요한 역할을 담당하고 있다는 것이 시사되고 있다.
5. 3. 유전자 발현 조절 네트워크 기여
트랜스포존(TE)은 프로모터, 인핸서 등 다양한 조절 서열을 포함하고 있어 주변 유전자의 발현에 영향을 미칠 수 있다. 이를 통해 유전자 발현 조절 네트워크에 참여하고, 발생, 분화, 환경 적응 등 다양한 생물학적 과정에 기여한다.[62]TE는 주변 유전자 발현 수준을 조절하여 유전자 적응을 유도하는 유망한 후보로 인식되어 왔다.[71] 예를 들어, 아프리카에서 다른 지역으로 이주한 초파리 ''Drosophila melanogaster'' 연구에서, 온대 기후에서 TE 삽입이 유전자 발현에 차이를 유발하고, 기후라는 선택적 압력이 유전자 적응을 촉진했다는 결과가 보고되었다.[72] 누에 연구에서는 TE 삽입이 탈피 호르몬 20E를 조절하는 EO 유전자의 시스-조절 영역에서 발견되었고, 발현 증가를 유도하여 발달 안정성과 균일성을 높였다.[74]
그러나 TE 삽입이 항상 유리한 것은 아니다. 초파리의 Jheh 2와 Jheh 3 유전자 사이에 삽입된 TE는 유전자 발현 수준을 저하시켜 발달 기간 연장과 생존율 감소를 초래했다.[73]
최근 연구에 따르면, TE는 전사 인자 생성에 기여하며, 유전자 조절 네트워크에 다양한 방식으로 참여한다.[27]
5. 4. 기타 생물학적 기능
일부 트랜스포존은 숙주에게 이로운 기능을 수행하기도 한다. 예를 들어, 내인성 레트로바이러스는 항체를 만드는 B세포의 성숙을 돕는 것으로 알려져 있다.[24] 항원이 B세포 표면에 있는 수용체에 달라붙으면 일련의 과정을 거쳐 내인성 레트로바이러스가 전사되고, RNA 단일 가닥이나 역전사된 DNA 이중 가닥이 신호로 작용해 B세포를 성숙시켜 항체를 만들게 하기도 한다.6. 트랜스포존 억제 기작
세포는 트랜스포존의 무분별한 전이로 인한 유전체 손상을 막기 위해 다양한 억제 기작을 진화시켜왔다. 전이성 인자가 유전자나 유전자 발현 조절 부위에 끼어들면 심각한 결과를 초래할 수 있기 때문이다.
세포는 우선 DNA 메틸화나 히스톤 단백질 탈아세틸화를 통해 트랜스포존의 발현을 억제한다. 만약 발현이 되더라도 전사된 물질을 인식해 파괴하는 RNA 간섭 시스템을 갖추고 있다.[49]
일부 트랜스포존(TE)은 열충격 단백질 유사 프로모터를 포함하며, 세포가 스트레스를 받으면 전이율이 증가하여 이러한 조건에서 돌연변이율이 증가하여 세포에 유익할 수 있다.[50]
세포는 전사된 후 TE를 침묵시키는 piRNA 및 siRNA를 포함한 여러 방법으로 TE의 증식에 대항한다.[51]
대부분의 경우 TE는 후성 유전 메커니즘(예: DNA 메틸화), 크로마틴 리모델링 및 piRNA를 통해 침묵되어 표현형 효과나 TE의 움직임이 거의 또는 전혀 발생하지 않는다. 특정 돌연변이 식물에서 메틸화 관련 효소(메틸 전이 효소)에 결함이 있어 TE의 전사를 유발하여 표현형에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.[6][52]
6. 1. DNA 메틸화
DNA 메틸화는 DNA 염기(주로 시토신)에 메틸기를 부착하여 유전자 발현을 억제하는 후성유전학적 기작이다. 세포는 DNA 메틸화나 히스톤 단백질 탈아세틸화로 트랜스포존의 발현을 억제한다.[24] 트랜스포존 DNA는 일반적으로 메틸화되어 전사가 억제된다.6. 2. RNA 간섭
RNA 간섭(RNAi)은 작은 RNA 분자를 이용하여 특정 mRNA를 분해하거나 번역을 억제하는 기작이다. 세포는 RNA 간섭 시스템을 통해 레트로트랜스포존이 발현되어 전사된 물질을 인식해 파괴한다.[49] 트랜스포존에서 유래한 RNA는 siRNA 또는 piRNA로 가공되어, 상보적인 트랜스포존 RNA를 표적하여 분해하거나 전사를 억제한다.[51]인간 세포에서 LINE1 서열의 침묵은 RNA 간섭 (RNAi) 메커니즘에 의해 유발된다. RNAi 서열은 LINE1의 5' 비번역 영역 (UTR)에서 파생된다. 이 영역에서 RNAi 침묵 메커니즘을 억제하면 LINE1 전사가 증가한다.[6][53]
6. 3. 히스톤 변형
세포는 DNA 메틸화나 히스톤 단백질 탈아세틸화를 통해 트랜스포존의 발현을 억제한다.[24]7. 트랜스포존 연구의 응용
트랜스포존은 실험실 및 연구 환경에서 유기체의 게놈을 연구하고 유전 서열을 조작하는 데 활용될 수 있으며, 유전자 조작과 유전적 도구의 두 가지 범주로 나뉘어 사용된다.[1]
7. 1. 유전자 기능 연구
P 요소는 초파리의 트랜스포존 중 하나로, 유전자 기능 연구에 널리 사용된다. P 요소는 인위적으로 개량되어 유전자 도입의 벡터로 사용된다.8. 트랜스포존 연구의 윤리적, 사회적 고려 사항
트랜스포존 연구, 특히 유전자 치료 및 유전자 조작 기술 개발은 윤리적, 사회적 논의가 필요한 분야이다.
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