이동성 유전인자
이동성 유전인자(transposable element)
1. 개요
이동성 유전인자(transposable element) 또는 트랜스포존(transposon) 또는 전이 인자라고도 부른다. 유전체 내에서 이동할 수 있는 인자를 일컫는 단위이다. 리처드 도킨스의 '이기적 유전자'로도 불리며, 전체 지노믹 DNA내에서는 많은 수를 확보하려고 하나, 스스로 이동하는 사이에 지노믹 DNA를 망가뜨리기 때문에 DNA 기생충으로도 불린다. 노화된 세포나 암세포에서는 이들이 통제되지 않는 모습을 보이기 때문에, 최근까지는 백해무익한 유전자로 여겨졌으며, 지노믹 DNA를 망가뜨리는 사이에 많은 변화를 가져다주기 때문에 진화에도 깊게 관여했을 것으로 여겨진다.
현재는 이러한 이동성 유전인자의 경우 인간 유전체 내에서 프로모터(promoter)로서의 역할, 인핸서(enhancer)로서의 역할, microRNA 서열 제공, DNA 메틸화 자리 제공, poly A tail 신호 제공과 같은 다양한 역할을 수행하고 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 이동성 유전자는 유전자의 발현 양상을 변화시킴으로써 생명체 내에서 역할하고 있다. 포유류의 경우 전체 지노믹 DNA의 절반 가량이 이러한 이동성 유전인자로 채워져있다.
2. 역사
바버라 매클린톡(1902~1992)에 의해 옥수수 알갱이의 색깔이 이동성 유전인자에 의해 결정된다는 것이 최초로 확인되었다.
3. 종류
크게 RNA 전사에 의존하는 class I과 class II로 나뉜다.
class I은 RNA 전사에 의존해서 스스로를 copy and paste를 한다. class I은 내용물 주변으로 몇백 bp짜리 DNA서열이 반복적으로 들어찬 long terminal repeat과 LTR과 그렇지 않은 Non-LTR로 구분된다.
LTR의 내용물은 대개 gag와 pol로 구성되어 있으며, 내부가 단백질을 만드는 ORF (Open Reading Frame)을 제공하기 때문에 단백질로도 만들어진다. 그리고 이 단백질이 LTR을 여기저기로 복붙하게 만든다. 하는짓이 Retro virus와 하는 짓이 같으며, 역전사 효소, gag와 pol 등등이 실제 virus에서도 사용되는 단백질이기 때문에, 고대부터 바이러스로부터 받은 유전자로 여겨진다. 세부 구성 내용물에 따라서 다시 세부 분류 될 수 있다.
Non LTR은 현존하는 Virus들과 크게 연관성이 발견되지 않았다. 이들은 다시 LINE (Long Interspersed Nuclear Eliment)와 SINE(Short Interspersed Nuclear Eliment)로 나뉜다.
LINE은 몇 kbp단위 길이이며, ORF를 제공하기 때문에 단백질로도 발견된다. 역전사 효소를 코딩하고 있다. 이동성 유전자중 가장 많은 비율을 차지하고 있다.
SINE은 몇 백 bp단위이며, ORF가 따로 없다. tRNA에서 나왔을 것으로 추정되며, RNA pol도 보통 단백질을 만드는 RNA의 전사를 담당하는 pol II가 아니라 tRNA가 담당하는 Pol III가 담당하고 있다.
class II는 DNA 자체가 transposase라고 하는 단백질로 인해 여기저기로 jumping 한다. jumping gene으로 불리는 것이며, 당연히 있던 DNA 자리는 한번 끊어지기 때문에, DNA 수선 기작으로 수리를 해야한다. 이경우, 당연히 서열 그대로 복구될 확률은 떨어진다.
4. 세포 내에서의 조절
당연히 조절이 전혀 되지 않으면 지노믹 DNA를 씹어놓기 때문에, 숙주 세포로서는 절대적으로 방어해야 할 인자들이다. 때문에 후성유전학적으로 이들을 잘 조절할 필요가 있다.
다만 백해무익한 유전자라는 느낌과는 달리, 이들을 아예 RNAi 차원에서 없애도 지노믹 DNA가 작살나는 현상이 있기 때문에 역할이 있을것 같은데 아직 제대로 이해되고 있지 않다는 차원에서 이해해야 한다.
대부분의 세포에서는 이들이 조절되고 있으나, 신경세포에서만큼은 제대로 조절되지 않고 있다. 뉴런 3개당 이동성 유전자가 하나는 튀어있다. 이들을 막았을 경우에는 장기기억이 제대로 형성되지 않는 부작용이 있다.
심지어 발생학 적으로는 이들을 굳이 꼭꼭 잘 막아놓을 필요가 있음에도, 때에 따라선 풀었다가 다시 묶었다가 해주기 때문에 생체학적으로 정확한 역할은 아직 발견되지 않은것에 가깝다.