유전학적 검사법

3. 역유전학 (Reverse Genetics)

최근의 게놈 프로젝트를 통해 인간이나 생쥐에게 기능이 알려지지 않은 유전자가 다수 발견되었다. 역유전학에서는 이러한 유전자가 어떤 역할을 하는지 밝히기 위해, 먼저 연구자가 미리 결정해 둔 유전자만을 변이시킨다. 그 후, 유전자가 변형된 개체의 표현형을 조사하여 해당 유전자의 기능을 밝힌다.

3. 1. 역유전학의 기본 원리

3. 2. 역유전학의 종류

4. 돌연변이 지도 제작 (Mapping Mutants)

고전 유전학적 접근 방식을 통해 연구자는 다른 특이한 형질을 가진 개체와 교배하고 두 형질이 함께 유전되는 빈도에 대한 통계를 수집하여 해당 유전자를 염색체에서 찾아내(지도화) 할 수 있다.^[4] 고전 유전학자들은 표현형 형질을 사용하여 새로운 돌연변이 대립 유전자를 지도화했다. ''초파리,'' ''애기장대'' 및 ''꼬마선충''과 같은 모델 시스템의 유전체 서열이 등장하면서 매핑을 위한 형질로 사용할 수 있는 많은 단일 염기 다형성(SNP)이 확인되었다.^[4] 1980년에 크리스티아네 뉘슬라인-폴하르트와 비샤우스에 의해 개발된 돌연변이 대량 검사를 허용하는 '''하이델베르크 스크린'''은 이 분야의 미래 과학자들에게 길을 열어주었다. SNP는 다양한 유기체 사이에서 1,000개의 염기쌍당 하나의 차수만큼 매우 빈번하기 때문에 매핑에 선호되는 형질이다.^[4] 형질전환에 의한 무작위 DNA 삽입 또는 활성 전이인자와 같은 돌연변이 유발 물질도 새로운 돌연변이를 생성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 기술은 새로운 대립 유전자를 유전자의 신속한 식별을 용이하게 할 수 있는 알려진 분자 유전자 마커로 태그하는 이점이 있다.^[8]

5. 위치추적 클로닝 (Positional Cloning)

위치추적 클로닝은 특정 표현형에 대한 유전자를 찾기 위해 사용되는 방법으로, 유전자 내 대략적인 염색체 위치가 알려져 있을 때 사용된다.^[1] 이 위치는 후보 영역이라고 불린다.^[1]

후보 영역은 연관 분석과 같은 기술을 사용하여 초기 단계를 밝힐 수 있다.^[1] 위치추적 클로닝은 일반적으로 유전자 도서관(genomic library)에서 부분적으로 겹치는(overlapping) DNA 조각을 분리하여, 염색체를 따라 특정 유전자 쪽으로 진행한다.^[1]

위치추적 클로닝 과정에서 연구자는 현재 고려 중인 DNA 조각이 유전자의 일부인지 판단해야 한다.^[1] 이를 위해 사용되는 테스트에는 종 간 잡종 형성(cross-species hybridization), 메틸화되지 않은 CpG 섬 식별, 엑손 트래핑, 직접 cDNA 선택, DNA 시퀀스 컴퓨터 분석, 영향을 받은 개체의 돌연변이 스크리닝, 유전자 발현 테스트 등이 있다.^[1]

유전적 다형성 영역이 알려진 게놈에서 위치추적 클로닝은 돌연변이 옆에 있는 다형성을 확인하는 것을 포함한다.^[1] 이 과정은 이미 알려진 유전자 마커에서 시작하여 점진적으로 클론되고 시퀀스된 DNA 조각을 통해, 새로운 클론 대립 형질 유전자 가까이 이동한다.^[1] 이 과정은 더듬이식 염색체 탐색법(또는 염색체 워킹(chromosome walking))으로 알려진 로커스의 콘틱 맵을 생성한다.^[1] 인간 게놈 프로젝트와 같은 게놈 시퀀싱 프로젝트가 완료됨에 따라, 현대 위치추적 클로닝은 게놈 시퀀스 데이터베이스에서 바로 사용할 수 있는 콘틱을 활용한다.^[1]

각 새로운 DNA 클론에서 다형성은 돌연변이 표현형과 유전적 재조합 빈도를 비교하여 지도 제작 집단에서 테스트하고 확인한다.^[1] DNA 클론이 돌연변이 대립 유전자 위치에 있거나 그 근처에 있으면 재조합 빈도는 0에 가까워야 한다.^[1] 염색체 워킹이 돌연변이 대립 유전자를 통과하면 새로운 다형성이 나타나기 시작하고, 재조합 빈도는 돌연변이 표현형과 비교하여 증가한다.^[1] 지도 제작 집단의 크기에 따라 돌연변이 대립 유전자는 작은 영역(<30Kb)으로 좁힐 수 있다.^[1] 해당 영역에서 표현형 차이를 일으키는 DNA 돌연변이 위치를 찾기 위해 야생형과 돌연변이 DNA 사이의 시퀀스 비교가 필요하다.^[1]

현재 위치추적 클로닝은 게놈 시퀀스 프로젝트에서 직접 정보를 얻을 수 있으며, 후보 영역의 유전자를 분석하여 정보를 얻을 수도 있다.^[1] 후보 영역에 잠재적인 질병 유전자가 있으면 우선적으로 처리되어 관련 작업량을 줄일 수 있다.^[1] 질병 표현형과 일치하는 발현 패턴을 보이거나, (추정상의) 기능과 관련된 표현형을 보이거나, 표현형과 관련된 다른 유전자와 상동인 경우 등은 모두 우선적인 후보가 된다.^[1] 이러한 위치추적 클로닝 기술의 일반화를 위치추적 유전자 발견법(positional gene discovery)이라고도 한다.^[1]

위치추적 클로닝은 편향되지 않은 방법으로 질병 유전자를 분리하는 효과적인 방법이며, 뒤센 근이영양증, 헌팅턴병, 낭성 섬유증의 질병 유전자를 확인하는 데 사용되었다.^[1] 그러나 질병이 유전자좌 이형성(locus heterogeneity)을 가지는 경우 분석법은 복잡해진다.^[1]

참조

_[1] 서적 Genetics: from genes to genomes https://archive.org/[...] McGraw-Hill Higher Education
_[2] 논문 The art and design of genetic screens: zebrafish 2001-12
_[3] 논문 The art and design of genetic screens: Arabidopsis thaliana 2002-02
_[4] 논문 The art and design of genetic screens: Drosophila melanogaster 2002-03
_[5] 논문 The art and design of genetic screens: caenorhabditis elegans 2002-05
_[6] 논문 The art and design of genetic screens: filamentous fungi 2002-09
_[7] 논문 Mutations affecting segment number and polarity in Drosophila 1980-10
_[8] 웹사이트 Genetic Screen http://www.stemcells[...] Stem Cells Research 2012-05-03
_[9] 논문 The art and design of genetic screens: RNA interference 2008-07
_[10] 논문 CRISPR: a versatile tool for both forward and reverse genetics research 2016-09
_[11] 논문 Spectrum of chemically induced mutations from a large-scale reverse-genetic screen in Arabidopsis 2003-06
_[12] 논문 Genetic enhancers 2005-09
_[13] 논문 Synthetic viability genomic screening defines Sae2 function in DNA repair 2015-06
_[14] 논문 Genetic suppression 2005-12
_[15] 논문 RNA Interference (RNAi) Screening in ''Drosophila'' 2018-03