모자이크 (유전학)
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1. 개요
모자이크 (유전학)은 한 개체 내에서 유전적으로 다른 세포 집단이 존재하는 현상을 의미한다. 1929년 알프레드 스터티번트가 초파리에서 모자이시즘을 연구하면서 그 역사가 시작되었으며, 체세포 교차와 염색체 재배열 등이 모자이시즘의 원인으로 밝혀졌다. 모자이시즘은 생식 세포 모자이시즘, 체세포 모자이시즘, 생식세포-체세포 모자이시즘 등 다양한 유형으로 나타나며, 특히 체세포 모자이시즘은 전이성 요소의 역전위, DNA 복제 오류, 염색체 비분리 현상, 외부 요인 등에 의해 발생할 수 있다. 유전 모자이크는 초파리 연구에서 강력한 도구로 활용되며, FLP-FRT 재조합 및 MARCM 시스템과 같은 기술을 통해 유전자 기능을 연구하는 데 기여한다.
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모자이크 (유전학) |
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2. 역사
모자이시즘에 대한 연구는 20세기 초부터 꾸준히 발전해 왔다. 1930년대에 커트 슈테른은 유전자 재조합이 감수 분열뿐만 아니라 체세포 분열에서도 일어날 수 있음을 증명했다.[7][8] 1956년 C.W. 코터먼은 항원 변이에 관한 논문에서 '체세포 모자이시즘'이라는 용어를 처음 사용했다.[10] 1944년 M. L. 벨고프스키는 이질염색질 불활성 영역과 관련된 염색체 재배열로는 특정 모자이크 발현을 설명할 수 없다고 제안하며, 이와 관련된 생화학적 활성의 약화를 '유전적 키메라'라고 불렀다.[6]
2. 1. 초기 연구
알프레드 스터티번트는 1929년에 초파리 속인 ''초파리''에서 모자이시즘을 연구했다.[5] 1930년 H. J. 뮬러는 초파리의 모자이시즘이 항상 염색체 재배열과 관련이 있다는 것을 증명했고, 1936년 슐츠는 연구된 모든 경우에서 이러한 재배열이 이질염색질 불활성 영역과 관련이 있음을 보여주었다. 이러한 모자이시즘의 본질에 대한 여러 가설이 제안되었다. 한 가설은 모자이시즘이 염색체 분절의 파괴 및 손실의 결과로 나타난다고 가정했다. 커트 슈테른은 1935년에 염색체의 구조적 변화가 '체세포 교차'의 결과로 발생하여 체세포에서 돌연변이 또는 작은 염색체 재배열이 일어난다고 가정했다. 따라서 불활성 영역은 불활성 영역에 인접한 활성 분절에서 돌연변이 빈도 또는 작은 염색체 재배열을 증가시킨다.[6]1930년대에 슈테른은 유전자 재조합이 감수 분열에서 정상적으로 일어날 뿐만 아니라 체세포 분열에서도 일어날 수 있음을 증명했다.[7][8] 그렇게 될 때, 그것은 체세포 모자이크를 낳는다. 이러한 유기체는 유전적으로 구별되는 두 개 이상의 조직 유형을 포함한다.[9]
2. 2. 용어 정립
알프레드 스터티번트는 1929년에 초파리 속인 ''초파리''에서 모자이시즘을 연구했다.[5] 1930년대에 커트 슈테른은 유전자 재조합이 감수 분열뿐만 아니라 체세포 분열에서도 일어날 수 있음을 증명했다.[7][8] 체세포 분열에서 유전자 재조합이 일어나면, 체세포 모자이크가 발생한다. 이러한 유기체는 유전적으로 구별되는 두 개 이상의 조직 유형을 포함한다.[9] '체세포 모자이시즘'이라는 용어는 1956년 C.W. 코터먼이 항원 변이에 관한 논문에서 처음 사용했다.[10]2. 3. 생화학적 기전 연구
1944년 M. L. 벨고프스키는 모자이시즘이 이질염색질 불활성 영역과 관련된 염색체 재배열로 인한 특정 모자이크 발현을 설명할 수 없다고 제안했다. 이와 관련된 생화학적 활성의 약화는 그가 '유전적 키메라'라고 부르는 것으로 이어졌다.[6]3. 유형
모자이시즘은 발생하는 세포 유형에 따라 크게 두 가지로 나눌 수 있다.
- 체세포 모자이시즘: 신체의 체세포가 둘 이상의 유전자형을 가질 때 발생한다.
- 생식세포 모자이시즘: 일부 생식 세포(정자 또는 난자)가 돌연변이를 가지고 있지만 나머지는 정상인 경우이다.[11][12]
생식선 모자이시즘은 생식 세포와 체세포 모두에 존재하는 체세포 모자이시즘의 한 유형으로,[1][20] 유전될 가능성이 있다.[20]
3. 1. 생식 세포 모자이시즘 (Germline mosaicism)
생식 세포 모자이시즘 또는 생식선 모자이시즘은 일부 생식 세포(정자 또는 난자)가 돌연변이를 가지고 있지만 나머지는 정상인 모자이시즘의 특별한 형태이다.[11][12] 그 원인은 일반적으로 모든 생식 세포 또는 일부 생식 세포를 생성한 초기 줄기 세포에서 발생한 돌연변이이다.3. 2. 체세포 모자이시즘 (Somatic mosaicism)
체세포 모자이시즘(clonal mosaicism이라고도 함)은 신체의 체세포가 둘 이상의 유전자형을 가질 때 발생한다. 일반적인 모자이시즘의 경우, 여러 유전자형은 단일 수정란의 처음 또는 나중 분열 시 분열 오류로 인해 발생한다.체세포 모자이시즘은 배아 발생에서 긴 분산 핵 요소-1 (LINE-1 또는 L1) 및 Alu 전이성 요소의 역전위로 인해 흔히 발생하며, 인간의 생애 초기와 말기에 만연해 있다.[10] 초기 발달 단계에서 미분화된 세포 유형의 DNA는 게놈 내 긴, DNA 메틸화되지 않은 영역으로 인해 이동성 요소 침입에 더 취약할 수 있다.[10] 또한, 평생 동안 DNA 복제 오류와 손상이 축적되어 노화된 인간에게서 모자이시즘 조직의 발생이 더 높아진다. 지난 세기 동안 수명이 극적으로 증가함에 따라, 인간 게놈은 돌연변이 유발의 누적 효과에 적응할 시간이 부족했을 수 있다.[10] 암 연구는 체세포 돌연변이가 평생 동안 점점 더 많이 나타나며 대부분의 백혈병, 림프종 및 고형 종양의 원인이 된다는 것을 보여주었다.[13]
3. 2. 1. 체세포 모자이시즘의 원인
체세포 모자이크(클론 모자이크라고도 함)는 신체의 체세포가 둘 이상의 유전자형을 가질 때 발생한다. 더 흔한 모자이크의 경우, 여러 유전자형은 단일 수정란의 처음 또는 나중 분열 오류로 인해 발생한다.모자이크로 이어지는 체세포 돌연변이는 인간의 생애 초기와 말기에 만연해 있다.[10] 체세포 모자이크는 배아 발생에서 긴 분산 핵 요소-1(LINE-1 또는 L1) 및 Alu 전이성 요소의 역전위로 인해 흔히 발생한다.[10] 초기 발달 단계에서 미분화된 세포 유형의 DNA는 게놈 내 긴, DNA 메틸화되지 않은 영역으로 인해 이동성 요소 침입에 더 취약할 수 있다.[10] 또한, 평생 동안 DNA 복제 오류와 손상이 축적되어 노화된 인간에게서 모자이크 조직의 발생이 더 높아진다. 지난 세기 동안 수명이 극적으로 증가함에 따라, 인간 게놈은 돌연변이 유발의 누적 효과에 적응할 시간이 부족했을 수 있다.[10] 따라서, 암 연구는 체세포 돌연변이가 평생 동안 점점 더 많이 나타나며 대부분의 백혈병, 림프종 및 고형 종양의 원인이 된다는 것을 보여주었다.[13]
3. 2. 2. 염색체 이상과 관련된 모자이시즘
체세포 돌연변이로 인해 신체의 세포들이 둘 이상의 유전자형을 갖는 현상을 체세포 모자이크라고 한다. 일반적인 모자이크 현상은 단일 수정란에서 발생한 초기 또는 후기 세포 분열 오류로 인해 여러 유전자형이 나타나는 경우이다.[10]삼체성과 관련된 모자이크 현상은 감수 분열 문제로 인해 발생하며, 유기체 내 모든 세포에 영향을 미치는 경우가 많다. 하지만, 초기 유사 분열 과정에서 염색체 비분리 현상이 발생하면 특정 세포 집단에서만 삼체성이 나타날 수 있다. 이 경우, 일부 삼체성 세포에서 염색체가 소실될 수 있다.[14] 일반적으로 이러한 모자이크 현상은 동일 질환을 가진 비모자이크 환자보다 증상이 가볍게 나타난다.
드물지만, 일부 세포는 XX 염색체를, 다른 세포는 XY 염색체를 갖는 모자이크 현상(46, XX/XY)으로 인해 간성이 발생할 수 있다.[15][16]
클라인펠터 증후군의 경미한 형태인 46,XY/47,XXY 모자이크는 환자 세포 일부는 XY 염색체를, 일부는 XXY 염색체를 갖는 경우이다. 46/47 표기는 XY 세포가 정상적인 46개의 염색체를, XXY 세포는 총 47개의 염색체를 가짐을 의미한다.
단체성 또한 모자이크 형태로 나타날 수 있다. 인간에게서 유일하게 치명적이지 않은 완전 단체성은 터너 증후군을 유발한다. 터너 증후군 사례의 약 30%는 모자이크 현상을 보이며, 완전 단체성(45, X)은 약 50–60%의 사례에서 발생한다.
3. 2. 3. 되돌아가는 체세포 모자이시즘
되돌아가는 체세포 모자이시즘은 돌연변이 대립 유전자가 자발적으로 교정되어 정상 세포가 다시 나타나는 현상이다. 이 현상은 반점 어피증 등 피부 질환에서 관찰된다. 체세포 모자이크는 신체의 체세포가 둘 이상의 유전자형을 가질 때 발생하며, 여러 유전자형은 처음 또는 나중의 분열 시 분열 오류로 인해 단일 수정된 난자 세포에서 발생한다.3. 3. 생식세포-체세포 모자이시즘 (Gonosomal mosaicism)
생식선 모자이시즘은 유기체의 발달 초기에 발생하는 체세포 모자이시즘의 한 유형으로, 생식 세포와 체세포 모두에 존재한다.[1][20] 체세포 모자이시즘은 일반적으로 생식 세포에 영향을 미치지 않으므로 유전되지 않지만, 생식선 모자이시즘의 경우 변형된 대립 유전자가 체세포와 생식 세포 모두에 존재하기 때문에 유기체가 잠재적 자손에게 유전적 변이를 전달할 가능성이 있다.[20]4. 뇌 세포 모자이시즘
신경 세포 유전체 모자이시즘의 흔한 유형은 복제수 변이이다. 이러한 변이의 가능한 원인으로는 잘못된 DNA 손상 수선과 체세포 재조합이 제시되었다.[21]
5. 유사 분열 재조합 (Mitotic recombination)
체세포 재조합 또는 체세포 교차(mitotic recombination)는 체내 모자이크 조직을 생성할 수 있는 기본적인 메커니즘 중 하나이다. 1936년 커트 스턴이 초파리에서 처음 발견했다.[22] 모자이크 조직의 양은 세포 분열 계통수에서 교환이 일어나는 위치에 따라 달라진다. ''초파리''에서 관찰되는 "쌍둥이 반점"이라는 표현형 특징은 체세포 재조합의 결과인데, 이는 재조합을 겪는 유전자의 대립 유전자 상태에 따라 다르다. 쌍둥이 반점은 이형 접합 유전자가 반발 상태, 즉 트랜스 상에 연결되어 있는 경우에만 발생하며, 재조합은 인접한 유전자의 중심체 사이에서 발생해야 한다. 이는 ''초파리''에서 야생형 배경에 노란색 반점이 나타나는 것으로 나타난다.[23] 체세포 재조합의 또 다른 예는 ''blm'' 유전자 돌연변이로 인해 발생하는 블룸 증후군이다. 결과적인 BLM 단백질은 결함이 있으며, 헬리케이스인 RecQ의 결함은 복제 과정에서 DNA의 결함 있는 풀림을 촉진하여 이 질병의 발생과 관련이 있다.[22]
6. 실험 생물학에서의 활용
유전 모자이크는 초파리 연구에서 특히 강력한 도구로 사용된다.[24][25][26] 초파리는 유전학 연구에 많이 사용되는 모델 생물이다.
6. 1. 초파리 연구
X 또는 Y 염색체 소실을 이용한 모자이크 초파리 계통은 구애 행동[24], 성적 매력[26] 등 연구에 활용된다.최근에는 transgene을 초파리 유전체에 통합하여 이 시스템을 훨씬 더 유연하게 사용할 수 있게 되었다. 플립 재조합 효소(또는 ''FLP'')는 효모인 ''Saccharomyces cerevisiae''의 유전자이며, 짧은 DNA 염기 서열인 "플립 재조합 효소 타겟"(FRT) 부위를 인식하고 이들 사이의 재조합을 유도한다. FRT 부위는 ''D. melanogaster''의 각 염색체 팔의 중심체 근처에 형질전환적으로 삽입되었다. 그런 다음 ''FLP'' 유전자는 열 충격 프로모터 또는 GAL4/UAS 시스템을 사용하여 선택적으로 유도될 수 있다. 결과로 생성된 클론은 음성 또는 양성으로 식별될 수 있다.
음성적으로 표시된 클론에서 파리는 가시적 마커(일반적으로 녹색 형광 단백질)를 암호화하는 유전자와 연구할 유전자의 대립 유전자(둘 다 FRT 부위를 갖는 염색체에 있음)에 대해 이형접합자이다. ''FLP'' 발현이 유도된 후, 재조합을 겪는 세포는 마커 또는 연구 대상인 대립 유전자에 대해 동형접합성인 자손을 갖게 된다. 따라서 마커를 갖고 있지 않은 세포(어두운 세포)는 돌연변이를 갖고 있는 것으로 식별될 수 있다.
음성적으로 표시된 클론을 사용하는 것은 특히 매우 작은 세포 덩어리를 생성할 때 불편할 수 있으며, 여기서 밝은 배경에서 어두운 점을 보는 것이 어두운 배경에서 밝은 점을 보는 것보다 더 어렵다. 양성적으로 표시된 클론을 만드는 것은 MARCM(억제 가능한 세포 마커를 사용한 모자이크 분석 시스템) 시스템을 사용하여 가능하다. 이 시스템은 스탠퍼드 대학교의 교수인 뤄리춘과 그의 박사후 연구원인 Tzumin Lee가 개발했다. 이 시스템은 특정 세포에서 GFP를 발현하는 데 사용되는 GAL4/UAS 시스템을 기반으로 한다. 그러나 전반적으로 발현되는 ''GAL80'' 유전자는 GAL4의 작용을 억제하여 GFP의 발현을 막는 데 사용된다. 위에서와 같이 GFP를 사용하여 야생형 염색체를 표시하는 대신, GAL80이 이 역할을 하므로 체세포 분열 재조합에 의해 제거되면 GAL4가 기능하도록 허용되고 GFP가 켜진다. 이는 관심 있는 세포가 어두운 배경에서 밝게 표시되도록 한다.[27]
참조
[1]
논문
Somatic mosaicism: implications for disease and transmission genetics
2015-07-01
[2]
논문
Mosaicism in health and disease — clones picking up speed
https://www.nature.c[...]
2017-02
[3]
논문
The origin, mechanisms, incidence and clinical consequences of chromosomal mosaicism in humans
[4]
서적
Human Molecular Genetics
https://archive.org/[...]
Wiley–Liss
[5]
논문
The claret mutant type of Drosophila simulans: a study of chromosome elimination and cell-lineage
1929
[6]
논문
K Voprosu o Mekhanizme Osushchestvleniya Mozaichnosti Svyazannoi s Geterokhromaticheskimi Raionami Khromosom
United States Department of Commerce - Office of Technical Services
1962
[7]
문서
Analyse eines Mosaikindividuums bei Drosophila melanogaster
1931
[8]
논문
Somatic Crossing over and Segregation in Drosophila Melanogaster
https://academic.oup[...]
1936-11-01
[9]
문서
"Genetic mosaics in animals and man"
Harvard University Press
[10]
논문
Somatic mosaicism in healthy human tissues
[11]
웹사이트
Google Health – Google
https://health.googl[...]
[12]
논문
Gonadal mosaicism and familial adenomatous polyposis
[13]
논문
Detectable Clonal Mosaicism and Its Relationship to Aging and Cancer
[14]
서적
Human Molecular Genetics
https://archive.org/[...]
Wiley–Liss
[15]
논문
True hermaphroditism with XX/XY sex chromosome mosaicism: Report of a case
[16]
논문
A true hermaphrodite dispermic chimera with 46,XX and 46,XY karyotypes
[17]
논문
Revertant somatic mosaicism by mitotic recombination in Dyskeratosis Congenita
[18]
논문
Genetic mosaic techniques for studying Drosophila development
[19]
논문
Review and hypotheses: Somatic mosaicism, observations related to clinical genetics
[20]
논문
Unexpected relevant role of gene mosaicism in patients with primary immunodeficiency diseases
2019-01-01
[21]
논문
Somatic APP gene recombination in Alzheimer's disease and normal neurons
2018-11
[22]
서적
A Dictionary of Genetics
Oxford University Press
[23]
서적
GeneReviews
University of Washington, Seattle
1993-03-11
[24]
논문
Mapping of Behaviour in Drosophila mosaics
1972
[25]
논문
The site of function of the Y chromosome in Drosophila melanogaster males
1978
[26]
논문
A new behavioral bioassay for an analysis of sexual attraction and pheromones in insects
[27]
논문
Mosaic analysis with a repressible cell marker for studies of gene function in neuronal morphogenesis
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