인핸서
1. 의미
진핵생물에서 유전자 발현을 조절하는 하나의 기작이다. 진핵생물에서의 유전자 발현은 인핸서 외에도 히스톤 꼬리의 아세틸화나 DNA 메틸화[1]와 같은 염색질 구조에 의한 조절도 포함될 수 있다. 그리고 이를 제외한 유전자와 전사체에서 존재하는 서열에는 근거리 조절 요소와 원거리 조절 요소가 있는데 이 중 원거리 조절 요소를 인핸서(enhancer)라 칭한다.
2. 과정
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조절의 과정은 다음과 같다.
2.1. 활성자
활성자가 DNA상에 그룹을 지어 인핸서를 구성하는 원거리 조절 요소(distal control element)에 결합한다.
2.2. DNA 굽힘 단백질
DNA 굽힘 단백질은 말 그대로 DNA를 굽혀주는 단백질이다. DNA 굽힘 단백질이 결합되어 있는 활성자들을 프로모터에 근접시킬 것이다. 그리고 이 때 보편전사인자, 매개자, RNA 중합효소는 서로 가까이 놓이게 된다.
2.3. 보편전사인자와 매개자 단백질군
DNA 굽힘 단백질에 의하여 보편전사인자, 매개자 단백질군, RNA 중합효소는 가까이 놓이게 된다. 이 때 활성자는 특정 매개자 단백질과 보편전사인자와 결합하여 프로모터에 활성화된 전사개시 복합체를 형성하는데...
2.4. 억제자
활성자의 결합을 방해하거나 결합하더라도 전사를 억제시키는 작용을 하는 놈들이 있다. 그것이 바로 억제자이다. 억제자로 작용하는 특정 전사인자들은 여러 가지 다른 방식으로 유전자 발현을 억제할 수 있다. 일부 억제자는 인핸서나 혹은 다른 곳에 존재하는 조절요소 DNA에 직접 결합해서 전사를 억제시키거나 다른 대부분의 억제자는 활성자의 DNA 결합을 유도하는 단백질에 활성자가 결합하지 못하도록 한다. 일부 활성자와 억제자는 직접적으로 전사에 영향을 미치면서 간접적으로 염색질 구조에 영향을 주기도 한다.
2.5. 염색질 구조
예를 들어 효모와 동물세포를 이용한 실험에서 일부 활성자는 특정 유전자의 프로모터 주위에 존재하는 히스톤을 아세틸화시키는 단백질을 끌어와서 전사를 촉진시킨다는 사실이 밝혀지기도 했다. 또한 일부 억제자는 히스톤을 탈아세틸화시키는 단백질을 끌어와 유전자 억제(silencing)을 일으키기도 한다. 실제 진핵생물에서는 염색질-수식화 단백질의 유인현상이 가장 보편적이다.[2]
3. 유전자 활성화의 조합 조절
진핵생물에서 전사 조절은 주로 DNA 조절요소에 활성자가 결합하면서 이루어진다. 세포에서 서로 다르게 조절되어야만 하는 유전자들이 많음에도 불구하고 완전히 다른 뉴클레오타이드 서열을 가진 조절요소의 수는 매우 적다는 것을 알 수 있다. 12개 정도의 짧은 뉴클레오타이드 서열이 여러 다른 유전자들의 조절요소에서 반복적으로 나타난다. 각 인핸서는 약 10개의 조절요소들로 구성되어 있고 각각에 한 두 개의 특수전사인자가 결합한다. 유전자의 전사 조절에 있어서 각 유전자의 인핸서에 단 하나의 특정 조절 요소가 존재하는 것보다 특정 조합의 조절요소가 존재하는 것이 좋을 것이다.
이에 따르면 단지 12개 정도의 조절요소를 가지고서도 많은 수의 조합들이 가능할 것이다. 조절요소의 특정 조합을 통하여 적절한 활성자 단백질들이 존재할 때에 전사를 활성화시킬 수 있고 이것은 발생 중의 시기 또는 특정 세포유형(세포 유형 특이적 전사 참고)에서 일어날 것이다. 이와 다르게 어떻게 서로 다른 조합의 활성자들을 지니게 되었는지는 세포질 결정인자[3]를 참고하라.
4. 세포 유형 특이적 전사
대표적인 예시로는 다음과 같은 것이 존재한다. "간세포와 렌즈세포 모두 알부민과 크리스탈린 단백질을 만든는 유전자들을 지니고 있지만, 간세포만이 알부민(혈액 단백질)을 만들고 렌즈세포만이 크리스탈린(렌즈의 주 단백질)을 만든다. 세포에서 생성되는 특수 전사인자들이 어떤 유전자들을 발현시킬지를 결정한다. 이 예에서는 알부민과 크리스탈린을 암호화하는 유전자를 각각 3개의 조절 요소로 구성된 하나의 인핸서와 함께 나타내었다. 두 유전자들의 인핸서에는 하나의 조절요소를 공유하고 있지만, 각 인핸서는 독특한 조합의 조절요소들을 지니고 있다. 높은 수중의 알부민 유전자의 발현에 필요한 모든 활성자들은 단지 간세포에만 존재하는 반면, 크리스탈린 유전자의 발현에 필요한 활성자들은 렌즈세포에만 존재한다. 특정 유형의 세포에서 억제자의 존재 여부 역시 전사에 영향을 미치지만, 여기에서는 단순화시켜 활성자의 역할만 고려한다."
그림을 보고 싶다면 캠벨 생명과학이나 다른 일반생물학 교재들을 참고하거나...
세포 유형 특이적 전사를 참고하라.
[1] DNA 메틸화는 DNA 수식(modification)의 일종으로 후성유전에서도 중요한 역할을 한다.[2] 참고로 히스톤 꼬리의 아세틸화는 느슨한 염색질 구조의 형성을 촉진하여 전사를 용이하게 한다.[3] 간단하게 소개하면 세포의 관찰 가능한 분화인 결정을 하는 인자들로 난자 모계 기원 물질이다.