인간 유전체

3. 분자적 구성 및 유전자 내용

인간 참조 유전체는 한 쌍의 상염색체 각각의 사본 1개와 두 개의 성염색체(X 및 Y) 각각의 사본 1개를 포함하며, 총 DNA 양은 31억 염기쌍(3.1 Gb)이다.^[11] 핵 게놈은 세포핵 내에서 23~24종의 선형 DNA로 나뉘어 염색체를 형성한다. 염색체는 22종류의 상염색체와 X, Y 두 종류의 성염색체로 분류된다. 체세포는 2배체이며, 같은 종류의 상염색체를 2개씩, 성염색체를 2개(여성은 X와 X, 남성은 X와 Y)로 총 46개의 염색체를 가진다. 생식 세포는 1배체이며, 상염색체를 1개씩, 성염색체를 1개로 총 23개의 염색체를 가진다. 미토콘드리아 게놈은 16,569 염기쌍의 환형 DNA로, 미토콘드리아 안에 다수 존재한다.^[120]

최근 연구에서는 게놈 내 대부분의 Non-coding DNA|비암호화 DNA^영어가 생화학적 활성(유전자 발현 조절, 염색체의 구조 형성, 후성 유전학 조절 등)을 가지고 있다는 것이 시사되고 있다.^[120]

인간 유전체의 약 8%는 탄뎀 DNA 배열 또는 탄뎀 반복 서열로 구성되어 있으며, 여러 개의 인접한 복사본(예: "CAGCAGCAG...")을 가진 낮은 복잡성의 반복 서열이다. 10개 미만의 뉴클레오티드 반복 서열은 마이크로새틀라이트 서열이라고 하며, 이중 삼중 뉴클레오티드 반복은 단백질 유전자 코딩 영역 내에서 때때로 발생하여 유전 질환을 유발할 수 있다. 더 긴 서열의 탄뎀 반복(10~60 뉴클레오티드 길이의 반복 서열 배열)은 미니새틀라이트라고 한다.

전이성 유전자 요소는 숙주 유전체 내의 다른 위치에서 복제하고 자체 복사본을 삽입할 수 있는 DNA 서열이며 인간 유전체에서 풍부한 구성 요소이다. LTR 레트로트랜스포존, SINE, LINE, SVA(SINE-VNTR-Alu) 및 클래스 II DNA 트랜스포존으로 분류할 수 있다.^[120]

무엇이 "기능적" 요소인지에 대한 합의는 존재하지 않지만,^[47][48] 최근 연구에서는 게놈 내 대부분의 Non-coding DNA|비암호화 DNA^영어가 생화학적 활성을 가지고 있다는 것이 시사되고 있다.

3. 1. 단백질 코딩 유전자

3. 2. 비암호화 유전자

3. 3. 조절 DNA 서열

3. 4. 반복 DNA 서열

3. 5. 정크 DNA

4. 염색체 정보

5. 게놈 의료

게놈 분석 결과를 질병의 원인 규명이나 신약 개발, 개인별 차이에 맞춘 최적의 치료법을 모색하는 맞춤형 의료 등에 활용하는 것을 "게놈 의료"라고 한다. 일본에서는 2023년 6월, "양질의 적절한 게놈 의료를 국민이 안심하고 받을 수 있도록 하기 위한 시책의 종합적이고 계획적인 추진에 관한 법률"(게놈 의료법)이 성립되었다.^[122] 영국과 미국도 2010년대부터 게놈 의료를 국가 전략으로 추진하고 있다.^[122][123]

6. 인간 유전 질환

인간의 유전 질환은 단일 유전자 변이, 염색체 이상 등 다양한 원인으로 발생한다.

• 단일 유전자 질환: 낭성 섬유증은 CFTR 유전자의 돌연변이로 인해 발생하며, 겸상 적혈구 빈혈증은 β-글로빈 유전자의 변이와 관련이 있다.^[102] 헌팅턴병은 헌팅틴 유전자의 변이로 인해 발생한다.
• 염색체 이상: 다운 증후군은 21번 염색체가 3개 존재하는 경우이며, 터너 증후군은 여성에게서 X 염색체 하나가 부분적 또는 전체적으로 결손되어 발생한다.^[102] 클라인펠터 증후군은 남성이 추가 X 염색체를 가지고 태어나는 질환이다.
• 기타 유전 질환: 칼만 증후군, 파이퍼 증후군(유전자 FGFR1), 푹스 각막 이영양증(유전자 TCF4), 히르슈스프룽병(유전자 RET 및 FECH), 바르데-비에들 증후군 1(유전자 CCDC28B 및 BBS1), 바르데-비에들 증후군 10(유전자 BBS10), 안면견갑상완 근이영양증 2형(유전자 D4Z4 및 SMCHD1) 등이 있다.^[103]

일본에서는 2023년 6월, 게놈 의료법이 성립되어 게놈 의료를 국가 전략으로 추진하고 있다.^[122] 영국과 미국도 2010년대부터 게놈 의료를 추진하고 있다.^[122] 개인별 유전적 차이에 맞춰 최적의 치료법을 찾는 맞춤형 의료도 연구 중이다.^[123]

7. 진화

비교 유전체학 연구에 따르면 포유류 게놈의 약 5%는 약 2억 년 전 현존하는 계통이 분기된 이후 진화에 의해 보존되었으며, 여기에는 대부분의 유전자가 포함되어 있다.^[107][108] 발표된 침팬지 게놈은 직접적인 서열 비교에서 인간 게놈과 1.23%의 차이를 보인다.^[109] 이 수치의 약 20%는 각 종 내의 변이에 의해 설명되며, 인간과 침팬지 사이의 일치하는 유전자 서열의 일관된 차이는 ~1.06%에 불과하다.^[110] 그러나 이러한 뉴클레오티드 단위의 차이는 각 게놈의 공유되지 않은 부분, 즉 인간 또는 침팬지에게 고유한 기능적 유전자의 약 6%에 의해 압도된다.^[111]

인간과 침팬지 사이의 상당한 관찰 가능한 차이는 공유 유전자에서 DNA 서열 변화보다는 유전자 수, 기능 및 발현의 게놈 수준의 변이로 인해 발생할 수 있다. 인간 내에서도 복제 수 변이(CNV)가 발견되었는데, 이는 인간 게놈의 5–15%를 차지할 수 있다. 평균적으로 전형적인 인간 단백질 코딩 유전자는 침팬지 상동 유전자와 단 두 개의 아미노산 치환에서 차이가 있으며, 인간 유전자의 거의 3분의 1은 침팬지 상동 유전자와 정확히 동일한 단백질 번역을 가지고 있다. 두 게놈의 주요 차이점은 인간 2번 염색체로, 침팬지 12번과 13번 염색체의 융합 산물과 동일하다.^[112]

인간은 최근 진화 과정에서 후각 수용체 유전자를 극적으로 잃어, 다른 대부분의 포유류에 비해 비교적 조잡한 후각을 갖게 되었다. 진화적 증거에 따르면 인간과 다른 여러 영장류 종에서 색각의 출현은 후각의 필요성을 감소시켰다.^[113]

2016년 9월, 과학자들은 인간 DNA 유전자 연구를 기반으로 오늘날 세계의 모든 비 아프리카인은 5만 년에서 8만 년 전에 단일 인구가 아프리카에서 탈출한 것으로 추적할 수 있다고 보고했다.^[114]

인간 미토콘드리아 DNA는 미토콘드리아 질환에서 역할을 하기 때문에 유전학자들에게 매우 중요하다. 또한 인간 진화에 대한 단서를 제공하기도 한다. 예를 들어, 인간 미토콘드리아 유전체의 변이 분석을 통해 모계 계통의 모든 인간에게서 최근 공통 조상이 존재한다는 가설(미토콘드리아 이브 참조)이 제기되었다.

미토콘드리아 DNA(mtDNA)는 핵 DNA보다 더 빠른 변이율을 보인다. 이러한 20배 높은 돌연변이율은 mtDNA를 사용하여 모계 조상을 보다 정확하게 추적할 수 있게 한다. 집단 내 mtDNA 연구를 통해 아메리카 원주민의 시베리아^[115] 또는 동남 아시아에서 폴리네시아인의 이주 경로와 같은 고대 이주 경로를 추적할 수 있었다. 또한 순수한 모계 계통을 통해 유전된 유럽 유전자 혼합물에는 네안데르탈인 DNA의 흔적이 없다는 것을 보여주는 데에도 사용되었다.^[116]

8. 후생유전체

후생유전학은 DNA의 염기서열 변화 없이 염색질 포장, 히스톤 변형, DNA 메틸화 등의 변화를 통해 유전자 발현을 조절하는 현상을 말한다. 이는 유전자 발현, 게놈 복제 및 기타 세포 과정 조절에 중요한 역할을 한다. 후생유전학적 표지는 특정 유전자의 전사를 강화하거나 약화시키지만, DNA 뉴클레오티드의 실제 서열에는 영향을 미치지 않는다. DNA 메틸화는 유전자 발현에 대한 후생유전학적 조절의 주요 형태이며, 후생유전학에서 가장 많이 연구되는 주제 중 하나이다. 발달 과정에서 인간의 DNA 메틸화 프로파일은 극적인 변화를 겪는다. 초기 생식 세포에서 게놈은 매우 낮은 메틸화 수준을 가지는데, 이는 일반적으로 활성 유전자를 의미한다. 발달이 진행됨에 따라 부모의 각인 표지가 메틸화 활성을 증가시킨다.^[117][118]

후생유전학적 패턴은 개체 내의 조직 간뿐만 아니라 개체 간에도 차이를 보인다. 후생유전학적 상태만 다른 동일한 유전자를 '''에피알렐'''이라고 한다. 에피알렐은 개체의 유전형에 의해 직접 결정되는 것, 유전형의 영향을 받는 것, 유전형과 완전히 독립적인 것의 세 가지 범주로 분류할 수 있다. 후생유전체는 환경 요인의 영향도 크게 받는다. 식단, 독소 및 호르몬은 후생유전학적 상태에 영향을 미친다. 식이 조작에 대한 연구에 따르면 메틸 결핍 식단은 후생유전체의 저메틸화와 관련이 있다. 이러한 연구는 후생유전학을 환경과 게놈 사이의 중요한 인터페이스로 확립한다.^[119]

참조

_[1] 서적 The Human Genome https://www.ncbi.nlm[...] Wiley-Liss 2002
_[2] 논문 The complete sequence of a human genome 2022-04
_[3] 논문 The complete sequence of a human Y chromosome 2023-09
_[4] 웹사이트 Human assembly and gene annotation https://useast.ensem[...] 2024-02-28
_[5] 논문 Assembly of 43 human Y chromosomes reveals extensive complexity and variation 2023-09
_[6] 논문 A draft human pangenome reference 2023-05
_[7] 논문 An integrated map of genetic variation from 1,092 human genomes 2012-11
_[8] 논문 A global reference for human genetic variation 2015-10
_[9] 논문 Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome 2005-09
_[10] 논문 Comparing the human and chimpanzee genomes: searching for needles in a haystack 2005-12
_[11] 웹사이트 Human genome assembly https://www.ensembl.[...] 2024-01-23
_[12] 논문 Loose ends: almost one in five human genes still have unresolved coding status 2018
_[13] 논문 The Protein-Coding Human Genome: Annotating High-Hanging Fruits.
_[14] 논문 Research on the human proteome reaches a major milestone:> 90% of predicted human proteins now credibly detected, according to the HUPO human proteome project 2020
_[15] 논문 The status of the human gene catalogue 2023
_[16] 논문 Similar Ratios of Introns to Intergenic Sequence across Animal Genomes 2017-06
_[17] 논문 The Protein-Coding Human Genome: Annotating High-Hanging Fruits.
_[18] 논문 Human protein-coding genes and gene feature statistics in 2019
_[19] 논문 Genomics. ENCODE project writes eulogy for junk DNA 2012-09
_[20] 논문 The landscape of long noncoding RNAs in the human transcriptome 2015-03
_[21] 논문 Non-coding RNA genes and the modern RNA world 2001-12
_[22] 논문 The vast, conserved mammalian lincRNome
_[23] 논문 Non-coding RNA: what is functional and what is junk?
_[24] 논문 Non-coding RNA 2006-04
_[25] 논문 The GENCODE pseudogene resource
_[26] 논문 Human specific loss of olfactory receptor genes 2003-03
_[27] 논문 An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome 2012-09
_[28] 웹사이트 ENCODE: My own thoughts http://genomeinforma[...] 2012-09-05
_[29] 논문 What does our genome encode? 2012-09
_[30] 논문 Regulating Evolution 2008-05
_[31] 논문 The promoter-operator region of the lac operon of Escherichia coli
_[32] 논문 DNA sequences required for regulated expression of beta-globin genes in murine erythroleukemia cells
_[33] 논문 Estimation of divergence times from multiprotein sequences for a few mammalian species and several distantly related organisms 2001-02
_[34] 간행물 Identification of a coordinate regulator of interleukins 4, 13, and 5 by cross-species sequence comparisons 2000-04
_[35] 웹사이트 Genoscope and Whitehead announce a high sequence coverage of the Tetraodon nigroviridis genome http://www.cns.fr/ex[...] Genoscope 2006-09-12
_[36] 논문 Comparative studies of gene expression and the evolution of gene regulation 2012-07
_[37] 논문 Five-vertebrate ChIP-seq reveals the evolutionary dynamics of transcription factor binding 2010-05
_[38] 논문 Species-specific transcription in mice carrying human chromosome 21 2008-10
_[39] 논문 Repetitive DNA and next-generation sequencing: computational challenges and solutions 2012-01
_[40] 논문 Large-scale analysis of tandem repeat variability in the human genome 2014-05
_[41] 서적 Genetics : a conceptual approach W.H. Freeman 2012
_[42] 웹사이트 minisatellite, n. meanings, etymology and more {{!}} Oxford English Dictionary https://www.oed.com/[...] 2023-10-08
_[43] 논문 Active Alu retrotransposons in the human genome 2008-12
_[44] 논문 A gene expression restriction network mediated by sense and antisense Alu sequences located on protein-coding messenger RNAs
_[45] 논문 Hot L1s account for the bulk of retrotransposition in the human population 2003-04
_[46] 서적 Evolution Cold Spring Harbor Laboratory Press 2007
_[47] 논문 Defining functional DNA elements in the human genome 2014-04
_[48] 논문 Getting clear about the F-word in genomics 2020-04
_[49] 논문 We simply cannot go on being so vague about 'function' 2018-12
_[50] 서적 Evolution of the Human Genome I Springer 2017
_[51] 서적 Human Genome Structure, Function and Clinical Considerations Springer Nature 2021
_[52] 논문 Expanded Encyclopaedias of DNA elements in the Human and Mouse Genomes 2020-07-30
_[53] 논문 An Upper Limit on the Functional Fraction of the Human Genome 2017-07
_[54] 논문 An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome 2012-09
_[55] 논문 Adaptive evolution of non-coding DNA in Drosophila 2005-10
_[56] 웹사이트 International Human Genome Sequencing Consortium Publishes Sequence and Analysis of the Human Genome https://www.genome.g[...] National Institutes of Health, U.S. Department of Health and Human Resources 2001-02-12
_[57] 논문 The human genome 2001-02
_[58] 간행물 Now You Can Sequence Your Whole Genome For Just $200 https://www.wired.co[...] 2018-11-19
_[59] 논문 A recount of human genes ups the number to at least 46,831 https://www.sciencen[...] 2018-09-17
_[60] 논문 An estimate of the total number of true human miRNAs 2019-04
_[61] 간행물 300 Million Letters of DNA Are Missing From the Human Genome 2018-11-28
_[62] 뉴스 Number of Human Genes Is Put at 140,000, a Significant Gain https://archive.nyti[...] 1999-09-23
_[63] 논문 Finishing the euchromatic sequence of the human genome 2004-10
_[64] 논문 Multiple evidence strands suggest that there may be as few as 19,000 human protein-coding genes 2014-11
_[65] 논문 Filling in the gaps telomere to telomere https://www.nature.c[...] 2021-02
_[66] 웹사이트 Scientists sequence the complete human genome for the first time https://edition.cnn.[...] 2022-03-31
_[67] 논문 Initial sequencing and analysis of the human genome 2001-02
_[68] 웹사이트 300 Million Letters of DNA Are Missing From the Human Genome https://www.theatlan[...] 2019-08-16
_[69] 논문 Resolving the complexity of the human genome using single-molecule sequencing 2015-01
_[70] 논문 Telomere-to-telomere assembly of a complete human X chromosome 2020-09
_[71] 논문 The structure, function and evolution of a complete human chromosome 8 2021-05
_[72] 웹사이트 CHM13 T2T v1.1 – Genome – Assembly – NCBI https://www.ncbi.nlm[...] 2021-07-26
_[73] 웹사이트 Genome List – Genome – NCBI https://www.ncbi.nlm[...] 2021-07-26
_[74] 웹사이트 GRCh38 – hg38 – Genome – Assembly https://www.ncbi.nlm[...] 2019-03-15
_[75] 웹사이트 from Bill Clinton's 2000 State of the Union address http://clinton4.nara[...] 2007-06-14
_[76] 논문 Global variation in copy number in the human genome 2006-11
_[77] 웹사이트 What's a Genome? http://www.genomenew[...] Genomenewsnetwork.org 2003-01-15
_[78] 웹사이트 Fact Sheet: Genome Mapping: A Guide to the Genetic Highway We Call the Human Genome https://www.ncbi.nlm[...] U.S. National Library of Medicine, National Institutes of Health 2004-03-29
_[79] 웹사이트 About the Project http://www.hapmap.or[...] 2009-05-31
_[80] 웹사이트 2008 Release: Researchers Produce First Sequence Map of Large-Scale Structural Variation in the Human Genome http://www.genome.go[...] genome.gov 2009-05-31
_[81] 논문 Mapping and sequencing of structural variation from eight human genomes 2008-05
_[82] 논문 Mapping and characterization of structural variation in 17,795 human genomes 2020-07
_[83] 논문 Single nucleotide polymorphisms as tools in human genetics
_[84] 논문 Application of SNP technologies in medicine: lessons learned and future challenges 2001-06
_[85] 웹사이트 Human Genome Project Completion: Frequently Asked Questions http://www.genome.go[...] genome.gov 2009-05-31
_[86] 뉴스 Craig Venter's Genome http://www.technolog[...] 2007-09-04
_[87] 논문 Single-molecule sequencing of an individual human genome 2009-09
_[88] 논문 Clinical assessment incorporating a personal genome 2010-05
_[89] 논문 Phased whole-genome genetic risk in a family quartet using a major allele reference sequence 2011-09
_[90] 간행물 Complete Genomics Adds 29 High-Coverage, Complete Human Genome Sequencing Datasets to Its Public Genomic Repository http://globenewswire[...]
_[91] 뉴스 Desmond Tutu's genome sequenced as part of genetic diversity study https://www.theguard[...] 2010-02-17
_[92] 논문 Complete Khoisan and Bantu genomes from southern Africa 2010-02
_[93] 논문 Ancient human genome sequence of an extinct Palaeo-Eskimo 2010-02
_[94] bioRxiv A Complete Public Domain Family Genomics Dataset 2013-11-12
_[95] 논문 Crowdsourcing the corpasome 2013-06
_[96] 논문 The whole genome sequences and experimentally phased haplotypes of over 100 personal genomes 2016-10
_[97] 논문 Matching phenotypes to whole genomes: Lessons learned from four iterations of the personal genome project community challenges 2017-09
_[98] 논문 Human genome sequencing in health and disease
_[99] 논문 Genetic diagnosis by whole exome capture and massively parallel DNA sequencing 2009-11
_[100] 논문 Human Knockout Carriers: Dead, Diseased, Healthy, or Improved? 2016-04
_[101] 논문 Human knockouts and phenotypic analysis in a cohort with a high rate of consanguinity 2017-04
_[102] 논문 Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM), a knowledgebase of human genes and genetic disorders 2002-01
_[103] 논문 The continuum of causality in human genetic disorders 2016-11
_[104] 논문 A Next-Generation Sequencing Primer-How Does It Work and What Can It Do?
_[105] 서적 Next Generation Sequencing Based Clinical Molecular Diagnosis of Human Genetic Disorders Springer International Publishing 2017
_[106] 서적 Next Generation Sequencing Based Clinical Molecular Diagnosis of Human Genetic Disorders Springer International Publishing 2017
_[107] 논문 Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome 2002-12
_[108] 논문 Identification and analysis of functional elements in 1% of the human genome by the ENCODE pilot project 2007-06
_[109] 논문 Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome 2005-09
_[110] 논문 Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome 2005-09
_[111] 논문 The evolution of mammalian gene families
_[112] 논문 Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome 2005-09
_[112] 논문 Sequencing the chimpanzee genome: insights into human evolution and disease 2003-01
_[113] 논문 Loss of olfactory receptor genes coincides with the acquisition of full trichromatic vision in primates 2004-01
_[114] 뉴스 How We Got Here: DNA Points to a Single Migration From Africa https://www.nytimes.[...] 2016-09-21
_[115] 논문 Tracing the peopling of the world through genomics 2017-01
_[116] 웹사이트 Mitochondrial DNA and human history http://genome.wellco[...] The Human Genome 2006-09-19
_[117] 논문 Beyond the sequence: cellular organization of genome function 2007-02
_[118] 논문 The mammalian epigenome 2007-02
_[119] 논문 '[Epigenetics, interface between environment and genes: role in complex diseases]' 2012-05
_[120] 뉴스 ヒトゲノムの3D構造は「丸めた麺のようなフラクタル」 http://wired.jp/2009[...] WIRED.jp 2009-10-13
_[121] 논문 Finishing the euchromatic sequence of the human genome. https://www.nature.c[...]
_[122] 뉴스 ■ゲノム医療法成立：全遺伝情報 10万人分解析へ／難病解明、新薬開発に期待 https://www.yomiuri.[...] 読売新聞 2023-06-23
_[123] 간행물 疾病克服に向けたゲノム医療実現プロジェクト オーダーメイド医療の実現プログラム https://www.amed.go.[...] 일본의료연구개발기구 2023-06-23