2가염색체
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1. 개요
2가 염색체는 감수 분열 동안 형성되는 구조로, DNA 가닥을 교환한 두 개의 복제된 상동 염색체가 결합된 형태이다. 2가 염색체는 키아즈마를 통해 연결되며, 세포골격이 각 상동 염색체를 반대 방향으로 당겨 긴장 상태를 유지한다. 이러한 구조는 감수 분열 과정에서 염색체의 정렬을 돕고, 유전적 다양성을 증가시키는 데 기여한다. 특히 여성의 난모세포는 수십 년 동안 이 긴장 상태를 유지하며, 2가 염색체 구조는 유전자 발현 조절과 다양한 질병과의 연관성을 연구하는 데 중요한 역할을 한다.
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| 2가염색체 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 정의 | 감수 분열 동안 쌍을 이루고 있는 두 개의 상동 염색체 |
| 설명 | 각각 복제된 염색체인 4개의 염색체 가닥 또는 염색 분체를 포함하는 사분 염색체의 한 쌍의 상동 염색체 |
| 관련 용어 | 상동 염색체 염색 분체 사분 염색체 |
| 추가 정보 | |
| 중요성 | 유전적 다양성을 보장하고 염색체 분리를 용이하게 함 |
2. 형성
이가 형성은 감수 분열 첫 번째 분열에서 일어난다. 복잡한 분자 기계는 모든 세포에서 유전자 발현 조절의 핵심이다. 유기체 발달 초기 단계에서 다양한 전사 프로그램의 조율된 활성화는 매우 중요하며, 모든 기관과 조직을 형성하기 위해 신중하게 실행되어야 한다. 이가는 프로모터와 준비된 인핸서가 긍정적이고 부정적인 전사 결과를 모두 연관시키는 히스톤 표지로 장식된 조절 영역이다.
2. 1. 감수분열 과정
감수 분열 첫 번째 분열(감수 분열 전기 1기의 접합사기) 동안 이가 형성이 일어난다. 대부분의 유기체에서 각 복제된 염색체(두 개의 동일한 자매 염색 분체로 구성됨[1][2])는 렙토텐기에 DNA 이중 가닥 절단을 형성한다.[3] 이러한 절단은 상동 재조합을 통해 복구되며, 이때 상동 염색체를 복구 템플릿으로 사용한다. 시냅토넴 복합체라고 불리는 여러 단백질들의 도움으로 상동 염색체를 찾아 렙토텐기와 감수 분열 I기의 파키텐기 사이에 두 상동 염색체가 쌍을 이루게 된다.[4] DNA 재조합 중간체가 염색체 교차로 분해되면서 키아즈마(복수형: 키아즈마타)라고 하는 부위에서 두 상동 염색체 사이의 DNA 분절이 교환된다. 이러한 물리적 가닥 교환과 각 염색체를 따라 자매 염색 분체 간의 응집력은 디플로텐기에서 상동 염색체의 강력한 쌍 형성을 보장하며, 현미경으로 관찰 가능한 이 구조를 이가라고 한다.[5]3. 구조
이가 염색체는 키아즈마에서 DNA 가닥을 교환한 두 개의 복제된 상동 염색체의 결합이다.[4]
3. 1. 키아즈마
이가 염색체는 키아즈마라고 불리는 적어도 한 곳에서 DNA 가닥을 교환한 두 개의 복제된 상동 염색체의 결합이다.[4] 각 이가 염색체는 최소 하나의 키아스마를 포함하며 드물게 세 개 이상을 포함한다.[4] 이 제한된 수(시작된 DNA 파손 수보다 훨씬 적음)는 교차 간섭 때문인데, 이는 다른 기존 교차 결과 근처에서 수리 이벤트의 교차로의 해결 횟수를 제한하여, 상동 염색체 쌍당 총 교차 횟수를 제한하는 잘 알려지지 않은 현상이다.[4]3. 2. 이가 유전자
이가 유전자는 H3K4me3 및 H3K27me3 후성유전학적 변형이 모두 표시된 유전자로, 배아 줄기 세포(ES 세포)의 다능성과 관련된 중요한 역할을 하는 것으로 제안된다.[4] H3K27me3 및 H3K4me3 히스톤 변형이 모두 표시된 이가 프로모터는 배아 줄기 세포에서 준비된 프로모터의 특징이다. 준비된 프로모터 모델은 ES 세포의 이가 염색질이 분화 시 단가로 해소된다고 가정한다. 단일 세포 RNA 시퀀싱(scRNA-seq) 데이터의 가용성을 통해 이가 프로모터에서 전사 상태의 후속 전환을 더 자세히 연구할 수 있다.4. 기능
제1 감수 분열 중기에 세포골격은 이가 염색체를 긴장 상태로 만들어 세포 중앙에 정렬시킨다. 세포 전사는 발달 유전자를 조절하며, scRNA-seq 데이터 분석으로 전사 스위칭 유전자를 파악할 수 있다. 이중 유전자 이진화는 분수 ON/OFF 비율로부터 차등 발현 유전자를 식별하고, 은닉 마르코프 모델을 통해 유전자 활성 스위칭 유사 시간을 추론하여 조절 네트워크를 파악하는 데 사용된다.[1]
4. 1. 세포골격의 역할
세포골격은 각 상동 염색체를 반대 방향으로 당겨 이가 염색체를 긴장 상태로 만든다. 세포골격이 염색체에 고정되는 것은 동원체에서 키네토코어라고 하는 단백질 복합체 덕분이다. 이러한 긴장 상태는 세포 중앙에서 이가 염색체의 정렬을 초래하며, 키아스마와 자매 염색 분체의 원위부 응집은 전체 구조에 가해지는 힘을 유지하는 앵커 포인트이다.[1]4. 2. 난모세포의 장기간 긴장 유지
인간 여성의 제1차 난모세포는 배아 발달 중 제1 중기에서 확립된 후, 성인기에 배란될 때까지 수십 년 동안 이러한 긴장 상태를 유지한다. 이는 키아스마와 이가 염색체를 함께 유지하는 응집력의 견고함을 강조한다.[1]5. 이가 염색체와 유전자 발현 조절
세포 전사는 발달 유전자를 조절하며, scRNA-seq 데이터를 통해 '이중' 유전자 발현 패턴을 감지하여 전사 스위칭을 겪는 유전자를 파악할 수 있다. 기존 scRNA 분석에서 발현 수준이 너무 낮아 정보를 얻기 어려웠던 유전자도 전사 활성을 염색질 상태와 연결하는 전사 스위칭 네트워크를 추론하는 데 활용될 수 있다.[1]
5. 1. scRNA-seq 분석
ES 세포 분화에서 이중 유전자 식별을 염색질 상태 분석과 통합하여, 이중 이가 유전자의 명확한 세포 상태 의존적 패턴을 식별한다. 이중 유전자의 이진화를 통해 분수 ON/OFF 비율로부터 차등적으로 발현되는 유전자를 식별할 수 있다. 분화 세포의 시계열 데이터에서 유사 시간 근사를 구축하고 은닉 마르코프 모델을 사용하여 유전자 활성 스위칭 유사 시간을 추론하여 조절 네트워크를 추론한다.[1]6. 이가 염색체와 질병
이가는 모든 세포에서 유전자 발현 조절의 핵심적인 역할을 하는 복잡한 분자 기계이다. 유기체 발달 초기 단계에서 다양한 전사 프로그램의 조율된 활성화는 매우 중요하며, 모든 기관과 조직을 형성하기 위해 신중하게 실행되어야 한다. 이가는 프로모터와 준비된 인핸서가 긍정적 및 부정적 전사 결과를 모두 연관시키는 히스톤 표지로 장식된 조절 영역이다.
6. 1. 암과의 잠재적 연관성
감수 분열 전기 1기의 접합사기 동안 발생하는 이가 형성은 복잡한 분자 기계이며, 이는 모든 세포에서 유전자 발현 조절의 핵심이다.[5] 유기체 발달 초기 단계에서 다양한 전사 프로그램의 조율된 활성화는 모든 기관과 조직을 형성하기 위해 신중하게 실행되어야 한다. 이가는 프로모터와 준비된 인핸서가 긍정적이고 부정적인 전사 결과를 모두 연관시키는 히스톤 표지로 장식된 조절 영역이다.이가와 암 사이의 잠재적 연관성은 질병의 원인과 치료에 대한 생물 의학 연구를 추진할 수 있다.
참조
[1]
웹사이트
Northwestern University Department of Molecular Biosciences
http://groups.molbio[...]
2015-09-26
[2]
웹사이트
University of Arizona Department of Biochemistry and Molecular Biophysics
http://www.biology.a[...]
2015-09-26
[3]
논문
Temporal comparison of recombination and synaptonemal complex formation during meiosis in S. cerevisiae
1991-09-20
[4]
논문
Recombination, Pairing, and Synapsis of Homologs during Meiosis
2015-06-01
[5]
논문
Meiotic crossing-over: obligation and interference
2006-07-28
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