위유전자

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1. 개요
2. 특성
3. 종류 및 기원
4. 기능
5. 세균의 위유전자
참조

1. 개요

위유전자(Pseudogene)는 염기서열 상동성을 보이지만, 기능이 상실되었거나 발현되지 않는 유전자이다. 위유전자는 원래 유전자의 돌연변이, RNA의 DNA 삽입 등 다양한 기원을 가지며, 가공 위유전자, 중복 위유전자, 단일 위유전자, 다형성 위유전자 등 여러 종류가 있다. 일부 위유전자는 단백질 코딩 기능을 회복하거나 비단백질 코딩 기능을 수행하며, ceRNA, siRNA, piRNA 등으로 작용하기도 한다. 세균에서도 위유전자가 발견되며, 게놈 크기 감소와 관련이 있다.

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위유전자
일반 정보
"인간 유전체 내의 2만 개가 넘는 가성 유전자."
다른 이름	불활성 유전자, 사멸 유전자
특징
기능	일반적으로 기능 없음. 일부는 조절 기능 보유.
위치	DNA
식별
외부 데이터베이스	Pseudogene.org GENCODE
상세 정보
설명	가성 유전자는 유전자와 유사하지만, 단백질을 암호화하는 능력을 잃어버린 DNA 서열이다.
형성 과정	유전자 중복과 돌연변이 축적 역전사 및 게놈 삽입
종류	가공 가성 유전자 비가공 가성 유전자 단위 가성 유전자
기능적 역할	유전자 발현 조절 RNA 스펀지 역할 작은 간섭 RNA (siRNA) 전구체

2. 특성

위유전자는 일반적으로 알려진 유전자와의 상동성 및 일부 기능의 손실을 특징으로 한다. 즉, 모든 위유전자는 일부 기능성 유전자와 유사한 DNA 서열을 가지고 있지만, 일반적으로 기능적인 최종 단백질 산물을 생성할 수 없다.^[1] 위유전자를 식별하고 특성화하는 것은 때때로 어려운데, 이는 유사성과 기능 손실이라는 두 가지 요건이 생물학적으로 증명되기보다는 서열 정렬을 통해 추론되기 때문이다.

상동성: 위유전자와 알려진 유전자의 DNA 서열 간의 유사성을 통해 추론된다. 두 서열을 정렬한 후, 동일한 염기쌍의 비율을 계산한다. 높은 서열 동일성은 두 서열이 공통 조상 서열에서 유래했을 가능성이 높다는 것을 의미한다.^[1]
비기능성: 유전자가 기능적인 단백질을 만들기까지 거치는 여러 단계(전사, pre-mRNA 처리, 번역, 단백질 폴딩 등) 중 어느 하나라도 실패하면 비기능적인 것으로 간주된다. 흔히 발견되는 비활성화 원인으로는 조기 종결 코돈의 출현이나 염기서열 일부의 삽입 또는 누락으로 인한 전사 프레임시프트가 있으며, 이는 기능적 단백질 산물의 번역을 거의 불가능하게 만든다.^[1]^[65]

위유전자의 기원에 따라 구조적 특징이 다를 수 있다.

RNA 기원 위유전자: mRNA 등이 역전사되어 DNA에 삽입된 경우, 원래 유전자에 있던 인트론이나 촉진유전자 같은 조절 부위가 없다.^[66] 이러한 처리된 위유전자(processed pseudogene)는 유전자 예측 프로그램을 방해하여 실제 유전자나 엑손으로 잘못 인식되게 만들기도 한다.^[3]
유전자 변형 위유전자: 기존 유전자에 돌연변이가 누적되어 기능만 상실한 경우, 촉진유전자, CpG 구간, RNA 접합부 등의 구조가 남아있을 수 있다. 이 경우, 기능성 유전자와의 차이는 단백질을 만드는 능력, 즉 유전자 발현 능력의 유무뿐이다.^[66]

RNA 유전자(예: rRNA, tRNA)에서 유래한 위유전자는 단백질로 번역되지 않아 판독 프레임(reading frame)이 없기 때문에 발견하기가 더 어렵다. 일부 rRNA 위유전자는 rDNA 배열 끝부분의 변화를 통해 식별되었다.^[2]

위유전자는 분자 유전학 연구를 복잡하게 만들기도 한다. 예를 들어, PCR을 이용해 특정 유전자를 증폭하려 할 때, 서열이 유사한 위유전자도 함께 증폭될 수 있다(PCR 편향).^[65] 또한, 게놈 서열 분석 시 위유전자가 기능성 유전자로 잘못 주석 처리되는 경우도 있다.

한편, 2014년 연구에서는 140개의 인간 위유전자가 실제로 번역되어 단백질을 만드는 것으로 나타났다.^[4] 그러나 이 단백질 산물들의 구체적인 기능은 아직 알려지지 않았다. 위유전자와 상동성을 보이는 원래 유전자를 비교하면, 위유전자가 어떤 과정에서 기능 이상이 발생했는지 추적할 수 있지만, 염기서열의 누락이나 결손이 심하면 원래 유전자를 파악하기 어려울 수 있다.^[65]

3. 종류 및 기원

위유전자에는 두 가지 기원이 있다. 하나는 원래 작동하던 유전자가 어떤 이유에서건 돌연변이되어 더 이상 작동하지 않는 경우이고, 다른 하나는 RNA가 어떤 이유에서건 DNA 염기서열로 삽입되어 버린 경우이다. 위유전자는 유전자 발현을 하지 않는다는 점에서 비부호화 DNA의 일종이지만 다른 것들과 달리 원래 기능하던 기원 유전자나 염기서열을 추적할 수 있다.

인간의 경우 140개의 위유전자가 알려져 있다.^[64] 위유전자와 염기서열 상동을 보이는 유전자를 비교할 수 있으며, 유전자의 기능과 산출물을 확인하고 그에 해당하는 위유전자가 어떤 부분에서 문제가 생겼는지도 확인할 수 있다.^[65] 그러나 누락이나 결손이 심할 경우엔 원래의 유전자를 추적하기가 쉽지 않다.

mRNA가 DNA에 삽입된 경우와 같이 RNA에서 기원한 위유전자의 경우엔 인트론이나 촉진유전자와 같은 유전자 고유의 구조가 없다.^[66] 그러나 유전자가 변형된 위유전자의 경우엔 여전히 다른 유전자와 같이 촉진유전자, CpG 구간, RNA 접합부와 같은 것이 남아있다. 이 경우 위유전자와 유전자의 차이는 단백질 형성과 같은 유전자 발현 능력 여부뿐이다. 유전자는 DNA 정보에서 단백질 형성까지 여러 단계에 걸쳐 작용하기 때문에 이 과정에서 종결 코돈이 너무 앞당겨저 실행된다거나, 염기서열의 일부가 삽입되거나 누락되어 벌어지는 전사 프레임시프트가 일어난다거나, 리보솜 RNA에서 해독 오류를 일으킨다거나 하는 다양한 이유로 유전자 발현 능력을 상실할 수 있다. 어느 한 단계에서라도 유전자 발현이 이루어지지 않는다면 위유전자가 된다.

RNA가 삽입되어 형성된 위유전자는 유전자 예측을 어렵게 한다. 일련의 염기서열과 아무런 관련이 없이 갑자기 예측할 수 없는 서열이 시작되기 때문이다.

3. 1. 가공 위유전자 (Processed pseudogene)

mRNA가 DNA에 삽입된 경우와 같이 RNA에서 기원한 위유전자는 인트론이나 프로모터와 같은 유전자 고유의 구조가 없다.^[66]

고등 진핵생물, 특히 포유류에서 역전위는 게놈 구성에 큰 영향을 미치는 상당히 흔한 현상이다. 예를 들어, 인간 게놈의 30%에서 44% 정도는 SINEs 및 LINEs와 같은 반복 요소로 구성되어 있다(레트로트랜스포존 참조).^[7]^[8] 역전위 과정에서 유전자의 mRNA 또는 hnRNA 전사체의 일부가 자연적으로 역전사되어 다시 DNA로 바뀌어 염색체 DNA에 삽입된다. 이렇게 생성된 위유전자를 가공 위유전자(Processed pseudogene^eng)라고 한다. 레트로트랜스포존은 일반적으로 자체 복사본을 생성하지만, ''생체 외'' 시스템에서 임의의 유전자의 역전위 복사본도 생성할 수 있음이 밝혀졌다.^[9]

일단 가공 위유전자가 게놈에 다시 삽입되면 일반적으로 폴리아데닐화된 꼬리를 가지며, 원래 내부에 있던 인트론이 스플라이싱 과정에서 제거된 상태이다. 이 두 가지는 모두 cDNA의 특징이다. 그러나 가공된 위유전자는 RNA 산물에서 파생되었기 때문에 정상 유전자의 상류 프로모터가 부족하므로, 역전위 현상이 발생하자마자 즉시 비기능적 위유전자가 되어 "도착 즉시 사망"으로 간주된다.^[10] 하지만 이러한 삽입은 때때로 기존 유전자에 엑손을 기여하며, 일반적으로 대체 스플라이싱된 전사체를 통해 기여한다.^[11] 가공된 위유전자의 또 다른 특징은 모체 서열과 비교하여 5' 말단이 흔히 잘린다는 것인데, 이는 가공된 위유전자를 생성하는 비교적 비과정적(non-processive) 역전위 메커니즘의 결과이다.^[12]

가공된 위유전자는 영장류에서 지속적으로 생성되고 있으며,^[13] 예를 들어, 인간 집단은 개인마다 고유한 가공된 위유전자 세트를 가지고 있다.^[14] 또한, 가공된 위유전자는 비가공된 위유전자보다 더 빠르게 돌연변이를 축적하는 것으로 나타났다.^[15]

3. 2. 중복 위유전자 (Duplicated pseudogene, Non-processed pseudogene)

유전자 중복은 유전체 진화에서 흔하고 중요한 과정 중 하나이다. 기능하는 유전자의 복제본은 다양한 방식으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 잘못 정렬된 염색체의 반복적인 SINE 서열에서 상동 재조합이 일어나 유전자 중복 사건이 발생할 수 있다. 이렇게 생성된 유전자 복제본이 이후 돌연변이를 겪으며 원래 유전자의 기능을 상실하면 중복 위유전자가 된다.

중복 위유전자는 일반적으로 원래 유전자와 동일하게 온전한 엑손-인트론 구조와 조절 서열 등을 가진다. 복제된 유전자가 기능을 상실해도 원래의 기능적 유전자가 여전히 존재하므로, 이러한 변화가 생물의 적합도에 미치는 영향은 거의 없다. 일부 진화 모델에 따르면, 인간과 다른 영장류가 공통적으로 가지고 있는 중복 위유전자는 이들 사이의 진화적 관련성을 보여주는 증거가 될 수 있다.^[16]

유전자 중복으로 위유전자가 되는 과정은 해당 유전자가 특별한 선택 압력을 받지 않으면, 일반적으로 유전자 중복 발생 후 수백만 년 이내에 일어난다.^[17] 기능적인 유전자 중복이 발생했을 때 두 개의 동일한 유전자를 유지하는 것은 생물에게 특별한 이점을 주지 않는 경우가 많다. 따라서 두 유전자 중 하나의 구조나 기능을 손상시키는 돌연변이가 발생해도 해롭지 않아 자연 선택에 의해 제거되지 않는다. 결과적으로 돌연변이가 축적된 유전자는 점차 위유전자가 되어 발현되지 않거나 기능을 상실한다. 이러한 진화적 과정은 인구 유전 모델링^[18]^[19]과 유전체 분석^[17]^[20]을 통해 확인되었다.

진화적 시간이 흐름에 따라 이러한 중복 위유전자는 유전체에서 완전히 삭제되거나, 원래의 모(母)유전자와 너무 달라져 더 이상 그 기원을 식별할 수 없게 되기도 한다. 비교적 최근에 생성된 위유전자는 원래 유전자와의 염기서열 유사성을 통해 식별할 수 있다.^[21]

3. 3. 단일 위유전자 (Unitary pseudogene)

단일 위유전자는 기존에 기능을 하던 유전자가 복제 과정 없이, 다양한 변이(예: 삽입 및 결실, 넌센스 돌연변이)로 인해 기능이 손상되거나 완전히 비활성화되어 만들어진 위유전자를 말한다. 이러한 변이는 유전자가 정상적으로 전사되거나 번역되는 과정을 방해한다. 이는 처리된 위유전자(processed pseudogene)가 생성되는 방식과는 달리, 유전자 복제가 선행되지 않는다는 차이점이 있다.

일반적으로 기능이 없어진 유전자는 개체군 내에서 사라질 가능성이 높지만, 유전 부동, 병목 현상, 또는 드물게 자연 선택과 같은 요인에 의해 특정 개체군 내에 고정되어 남게 될 수 있다.

단일 위유전자의 대표적인 예로는 영장류에서 효소 L-굴로노-γ-락톤 산화효소(GULO)를 암호화했을 것으로 추정되는 유전자가 있다. 기니피그를 제외한 대부분의 포유류에서 GULO 효소는 아스코르브산(비타민 C) 생합성에 필수적인 역할을 한다. 하지만 인간을 포함한 영장류에서는 이 유전자가 기능을 잃은 위유전자(GULOP) 형태로 존재한다.^[22]^[23] 또 다른 예로는 인간의 caspase 12 유전자가 있다. 이 유전자는 넌센스 돌연변이를 통해 비활성화되었는데, 이러한 비활성화가 오히려 생존에 유리하게 작용하는 양성 선택과 관련이 있다는 연구 결과가 있다.^[24]

3. 4. 다형성 위유전자 (Polymorphic pseudogenes)

어떤 개인에게는 여전히 온전하게 남아 있지만, 다른 개인에게는 비활성화(돌연변이)된 위유전자가 있다. 아바스칼 등은 이러한 위유전자를 다형성이라고 명명했다.^[25] 이러한 위유전자는 기능 상실(LoF, Loss-of-Function) 변이에 대해 동형 접합체를 띠는 경우가 많은데, 이는 많은 사람들에게 유전자의 두 사본 모두 비활성 상태임을 의미한다. 다형성 위유전자는 필수 유전자와는 달리, 없어도 생존에 큰 지장이 없는 비필수(또는 대체 가능한) 유전자인 경우가 많다. 실제로 빈번한 돌연변이 발생 자체가 해당 유전자가 비필수적임을 보여주는 기준이 되기도 한다.^[26] 로페스-마르케스 등은 다형성 위유전자를 기능 상실(LoF) 대립 유전자를 1% 이상의 빈도(전체 인구 또는 특정 하위 집단에서)로 가지고 있으며, 동형 접합체 상태일 때 명백하게 질병을 일으키는 결과가 없는 유전자라고 정의한다.^[27]

4. 기능

위유전자는 일반적으로 알려진 유전자와의 상동성과 함께 일부 기능의 손실을 특징으로 한다. 즉, 모든 위유전자는 일부 기능성 유전자와 유사한 DNA 서열을 가지고 있지만, 일반적으로 기능적인 최종 단백질 산물을 생성할 수 없다.^[1] 위유전자는 유사성과 기능 손실이라는 두 가지 요건이 생물학적으로 증명되기보다는 서열 정렬을 통해 추론되기 때문에 게놈에서 식별하고 특성화하기 어려울 때가 있다.

상동성: 위유전자와 알려진 유전자의 DNA 서열 간의 유사성을 통해 추론된다. 두 서열을 정렬한 후, 동일한 염기쌍의 비율을 계산하여 높은 서열 동일성이 확인되면 공통 조상 서열에서 유래했을 가능성이 높다고 본다(상동성). 이는 두 서열이 독립적으로 유사하게 진화했을 가능성(수렴 진화)보다 높다.
비기능성: 유전자가 단백질로 기능하기 위해서는 전사, pre-mRNA 처리, 번역, 단백질 폴딩 등 여러 단계를 거쳐야 하는데, 이 중 하나라도 실패하면 비기능적인 것으로 간주될 수 있다. 위유전자 식별 시 가장 흔하게 발견되는 비활성화 원인은 조기 종결 코돈과 프레임 시프트 돌연변이로, 이는 기능적 단백질 산물의 번역을 거의 불가능하게 만든다.

RNA 유전자의 위유전자는 번역될 필요가 없고 리딩 프레임이 없어 일반적으로 발견하기 더 어렵다. 일부 rRNA 위유전자는 rDNA 배열 끝의 변화를 통해 식별되었다.^[2]

위유전자는 분자 유전학 연구를 복잡하게 만들 수 있다. 예를 들어, PCR로 특정 유전자를 증폭할 때 유사한 서열을 가진 위유전자가 함께 증폭될 수 있으며(PCR 편향), 게놈 서열 분석 시 위유전자가 실제 유전자로 잘못 분류되기도 한다. 특히 처리된 위유전자는 유전자 예측 프로그램에서 실제 유전자나 엑손으로 오인되는 경우가 많아 예측 정확도를 떨어뜨리기도 한다. 따라서 처리된 위유전자를 정확히 식별하는 것이 유전자 예측의 정확성을 높이는 데 도움이 될 수 있다.^[3]

대부분의 위유전자는 기능을 상실한 것으로 여겨지지만, 일부는 원래 기능을 되찾거나 새로운 기능을 진화시킨 사례도 확인되었다. 인간 게놈에서도 원래 위유전자로 분류되었으나 이후 단백질 암호화 외의 다른 기능적 역할을 하는 것으로 밝혀진 경우가 다수 보고되었다.^[28]^[29] 이처럼 일부 위유전자는 특정 조건 하에서 기능을 유지하거나 회복할 수 있으며^[71], 위유전자의 정확한 기능에 대해서는 아직 완전히 밝혀지지 않았으며 지속적인 연구가 이루어지고 있다.^[70]

4. 1. 단백질 코딩 기능

DNA 염기서열 분석 기술이 널리 보급되면서 유전자 예측 기술을 통해 많은 위유전자가 확인되었다. 위유전자는 예측된 mRNA 서열에서 조기에 종결 코돈이 나타나는 것으로 자주 확인되는데, 이는 이론적으로 원래 유전자가 만들었을 정상적인 단백질 합성을 방해한다(번역).^[70] 하지만 일부 위유전자는 기능을 유지하거나 돌연변이를 통해 기능을 회복하기도 한다. 코끼리의 한 위유전자는 다시 활성화되어 종양 억제 기능을 나타낸 사례가 보고되었다.^[71]

포유류에서는 이러한 조기 종결 코돈을 지나쳐 번역이 계속되는 번역 리드스루 현상이 몇 차례 보고되었다. 번역 리드스루를 통해 소량이나마 만들어진 단백질 산물은 여전히 원래의 기능을 일부 수행할 수 있으며, 이 경우 해당 위유전자는 자연 선택의 대상이 될 수 있다. 이러한 현상은 ''초파리'' 종의 진화 과정에서 실제로 일어난 것으로 보인다.

''초파리'' 연구를 통해 위유전자로 여겨졌던 유전자 중 일부가 실제 기능을 하는 단백질을 만든다는 사실이 밝혀졌다.

2016년 연구에 따르면, 여러 ''초파리'' 종에서 위유전자로 예측되었던 4개의 유전자가 실제로는 생물학적으로 중요한 기능을 가진 단백질을 암호화하는 것으로 밝혀졌다.^[30] 이는 '가짜 위유전자'가 예상보다 더 광범위하게 존재할 수 있음을 시사한다. 예를 들어, 유전자 `Ir75a`는 기능성 단백질(글루탐산 후각 수용체)을 만들지만, 이 단백질은 뉴런에서만 발견된다. 이처럼 특정 조직에서만 발현되는 기능성 유전자가 서열 분석만으로는 위유전자로 잘못 분류될 수 있어 유전체 분석을 복잡하게 만든다.^[30] 또 다른 ''초파리''의 가짜 위유전자 사례로는 `jingwei`가 있는데,^[31]^[32] 이 유전자는 생체 내(in vivo)에서 기능적인 알코올 탈수소 효소를 암호화한다.^[33]

인간 게놈에는 2012년 기준으로 약 12,000개에서 14,000개의 위유전자가 있는 것으로 추정되었다.^[34] 그러나 2016년 단백질체학 분석에서는 펩타이드의 질량 분석법을 이용하여 최소 19,262개의 인간 단백질을 확인했고, 이 과정에서 이전에 위유전자로 여겨졌던 8개의 유전자가 실제로는 단백질을 코딩한다는 사실을 밝혀냈다.^[35] 이전 연구에서도 위유전자로 생각되었던 인간 PGAM4 (phosphoglycerate mutase) 유전자가^[36] 기능적일 뿐만 아니라, 이 유전자에 돌연변이가 생기면 남성 불임의 원인이 될 수 있다는 사실이 발견되었다.^[37]^[38]

원핵생물에서도 많은 가짜 위유전자가 발견되었다. 필수 유전자에서 일부 종결 코돈 치환이 유지되거나 심지어 긍정적으로 선택되는 경우도 관찰되었다.^[39]^[40] 이처럼 위유전자가 어떤 기능을 하는지에 대해서는 아직 완전히 밝혀지지 않았으며 지속적인 연구가 이루어지고 있다.^[70]

4. 2. 비단백질 코딩 기능

일부 기능이 계속하여 작동하는 위유전자도 있다. 위유전자가 어떠한 기능을 하는 지는 아직 다 밝혀지지 않았으며 계속하여 연구되고 있다.^[70] 일부 위유전자는 돌연변이 과정에서 다시 기능을 회복하여 "부활"하기도 한다. 코끼리의 부활한 위유전자가 종양 억제 기능을 발현한 사례가 보고되어 있다.^[71]

=== siRNA ===

일부 내생성 siRNA는 위유전자에서 유래하는 것으로 보이며, 따라서 일부 위유전자는 단백질 코딩 전사체의 조절에 역할을 한다고 리뷰에서 언급되었다.^[41] 많은 사례 중 하나는 psiPPM1K이다. psiPPM1K에서 전사된 RNA의 처리는 가장 흔한 유형의 간암인 간세포성 암종을 억제하는 데 작용할 수 있는 siRNA를 생성한다.^[42] 이 연구와 다른 많은 연구들은 치료제로 위유전자를 표적으로 삼는 가능성에 대한 상당한 기대를 낳았다.^[43]

=== piRNA ===

일부 piRNA는 piRNA 클러스터에 위치한 위유전자에서 유래한다.^[44] 이러한 piRNA는 포유류 고환에서 piRNA 경로를 통해 유전자를 조절하며, 전이인자 손상으로부터 게놈을 제한하는 데 매우 중요하다.^[45]

=== microRNA ===

위유전자 전사체가 microRNA 디코이(decoy, 유인체)로 작용한다는 많은 보고가 있다. 이러한 위유전자의 가장 초기의 결정적인 예는 BRAF의 위유전자와 관련된 암이다. BRAF 유전자는 변이될 경우 많은 암과 연관된 원종양 유전자이다. 정상적으로, BRAF 단백질의 양은 miRNA의 작용을 통해 세포 내에서 통제된다. 정상적인 상황에서는 BRAF와 위유전자 BRAFP1의 RNA 양이 miRNA를 놓고 경쟁하지만, 두 RNA의 균형이 세포가 정상적으로 성장하도록 한다. 그러나 BRAFP1 RNA 발현이 증가하면 (실험적으로 또는 자연적인 돌연변이에 의해), BRAF 발현을 제어할 수 있는 miRNA가 줄어들고, 증가된 BRAF 단백질 양은 암을 유발한다.^[46] 게놈 내에서 RNA에 의한 조절 요소에 대한 이러한 종류의 경쟁은 ceRNA라는 용어를 낳았다.

=== PTEN ===

PTEN 유전자는 잘 알려진 종양 억제 유전자이다. PTEN 위유전자, PTENP1은 야생형 유전자와 유전자 서열이 매우 유사한 가공된 위유전자이다. 그러나 PTENP1은 코돈에 대한 개시 메티오닌을 제거하는 미스센스 돌연변이를 가지고 있어 정상적인 PTEN 단백질의 번역을 방지한다.^[47] 그럼에도 불구하고, PTENP1은 암발생에 역할을 하는 것으로 보인다. PTENP1 mRNA의 3' UTR은 PTEN 유전자와 유사하기 때문에 microRNA를 표적으로 하여 PTEN mRNA의 디코이로 기능하며, 3' UTR의 과발현은 PTEN 단백질 수준의 증가를 초래했다.^[48] 즉, PTENP1 3' UTR의 과발현은 암성 종양의 조절 및 억제를 증가시킨다. 이 시스템의 생물학은 위에 설명된 BRAF 시스템의 반대이다.

=== Potogenes ===

위유전자는 진화적 시간 규모에서 유전자 전환 및 새로운 또는 새롭게 기능하는 유전자를 발생시킬 수 있는 다른 돌연변이 사건에 참여할 수 있다. 이는 위유전자를 진화적 다양화를 위한 잠재적 유전자, 즉 '''''potogene'''''으로 볼 수 있다는 개념으로 이어졌다.^[49]

4. 3. 잠재적 유전자 (Potogenes)

위유전자는 진화적 시간 규모에서 유전자 전환 및 새로운 또는 새롭게 기능하는 유전자를 발생시킬 수 있는 다른 돌연변이 사건에 참여할 수 있다. 이는 위유전자를 진화적 다양화를 위한 잠재적 유전자, 즉 potogene로 볼 수 있다는 개념으로 이어졌다.^[49]

5. 세균의 위유전자

위유전자(Pseudogenes)는 세균에서도 발견된다.^[50] 특히 자유 생활을 하지 않고 공생체나 절대적 세포 내 기생충으로 살아가는 세균에서 많이 나타난다. 이런 세균들은 자유 생활 세균에게 필요한 대사나 DNA 복구 관련 유전자 등 많은 유전자가 더 이상 필요하지 않게 되기 때문이다. 하지만 어떤 기능적 유전자가 먼저 위유전자가 되는지에 대한 정해진 순서는 없다. 예를 들어, ''나병균''(Mycobacterium leprae)에서 가장 오래된 위유전자는 RNA 중합효소와 2차 대사 산물의 생합성에 관련된 것들이지만, ''이질균''(Shigella flexneri)과 ''장티푸스균''(Shigella typhi)에서는 DNA 복제, 재조합, DNA 복구 관련 유전자가 가장 오래된 위유전자이다.^[51]

위유전자를 가진 대부분의 세균은 공생체나 절대적 세포 내 기생충이기 때문에, 시간이 지남에 따라 게놈 크기가 줄어드는 경향이 있다. 극단적인 예로 나병의 원인균이자 절대적 기생충인 ''나병균''의 게놈을 들 수 있다. 이 세균의 게놈에는 약 1,133개의 위유전자가 있으며, 이는 전체 게놈의 약 50%에 해당한다고 보고되었다.^[51] 위유전자 생성과 게놈 감소의 효과는 같은 과에 속하는 병원체인 ''마린결핵균''(Mycobacterium marinum)과 비교하면 더 명확히 알 수 있다. ''마린결핵균''은 숙주 밖에서도 생존할 수 있기 때문에 ''나병균''보다 더 큰 게놈을 가지며, 생존에 필요한 유전자들을 유지하고 있다.^[52]

게놈 감소는 위유전자를 제거함으로써 어떤 유전자가 불필요한지에 초점을 맞추지만, 숙주로부터 받는 선택적 압력은 어떤 유전자가 유지될지에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 베루코미크로비아(Verrucomicrobiota) 문에 속하는 어떤 공생체는 만델랄라이드(mandelalide) 경로를 암호화하는 유전자의 사본을 7개나 추가로 가지고 있다.^[53] 이 세균의 숙주인 ''Lissoclinum'' 속 생물은 방어 기제의 일부로 만델랄라이드를 사용하기 때문이다.^[53]

유전자 상호작용과 유전자 손실 사이의 관계는 '도미노 이론'으로 설명되기도 하며, 이는 ''진딧물 공생세균''(Buchnera aphidicola)에서 관찰되었다. 도미노 이론에 따르면, 어떤 세포 과정에 관련된 유전자 하나가 비활성화되면, 그와 관련된 다른 유전자들에 대한 선택 압력이 완화되어 결국 연쇄적인 유전자 손실로 이어진다.^[51] ''진딧물 공생세균''과 ''대장균''(Escherichia coli)을 비교한 연구에서는, 양성적인 유전자 상호작용(하나의 기능이 다른 기능에 긍정적 영향을 주는 경우)이 유전자 손실을 촉진하는 반면, 음성적인 유전자 상호작용(하나의 기능이 다른 기능을 저해하는 경우)은 유전자 손실을 방해하는 것으로 나타났다.

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