- 기능이 알려지지 않은 유전자 고아유전자 - 인간유전자: 3/4은 다른 종에서 발견됨,
1/4은 다른 척추동물에만,
나머지1/4은 원핵, 진핵생물에도 존재 - 인간의 유전자와 같은 유전자
효모와 생쥐 등의 모델 생물에서 발견
기능이 알려진 유전자 10,000개 넘음
- 병의 발생원인: 단일 유전자 때문이 아니고
몇 개의 유전자가 환경적인 요소와 상호작용으로 발생
단일염기다양성(single polymorphism, SNPs) - 인간과 인간 사이의 DNA 서열의 차이에 대한 목록
평균 1,250bp마다 한 번씩 나타남 - 질병의 감염에 대한 감수성
- 약물에 대한 부작용, 민감성의 차이 - 현재 200만 SNP가 알려짐
그 중 단백질변이는 1.0% 미만
- 유전자 집단(gene cluster): 유전체에서 특정
단백질을 암호화하는 유전자들과 염색체의 다른
조절부위와 체계적인 구조를 형성하여 유전자 집단을 이룸
- 비전사부위:
대장균 11%, 효모 30%, 인간의 유전체 98%
반복서열
- 비전사 부위 대부분이 반복서열
- 반수체의 유전체의 사본수가 >106인 것
고반복서열(highly tandem repeats)
10bp 길이의 서열, 수천 번 반복
- 초원심분리에서 다른 띠의 형성 위성DNA - 고반복 DNA서열
(짧은 연속 반복, STR, short tandem repeats)
인간유전체의 3% 고반복 DNA서열
두 염기쌍 (CA)n 과(TA)n이 많이 발견 - STR: 가족관계 확인
- STR은 DNA 복제 시에 주형이 미끄러짐으로 나타나는 현상
반복단위가 짧을수록 더 많은 빈도 - 인간집단의 많은 빈도의 길이 다형성이
나타남
- 몇몇 잘 알려진 STRs(다수 종족의 수많은 인간들에서 반복회수가 알려진 것)의
반복횟수를 조사하여 제공자 알 수 있음 - 계통생물학: 복잡하고 정교한 생명현상을
풀기 위한 새로운 분야, 컴퓨터, 통계 이용
원핵세포의 유전자발현의 조절
- 여러 개의 유전자의 전사가 한번에 일어남 - 쟈콥(Jacob)과 모노(Monod):
대장균의 유전자발현
락토스의 분해 β-galactosidase 발현 조절
글루코스 부족시
- 오페론 체계: 한 번에 여러 개의 유전자를 발현
- 갈락토스가수분해효소,
갈락토사이드투과효소(젖당을 세포로 수송), 갈락토사이드아세틸교환효소
1000배 발현의 증가
- Lac 오페론 속에 연속적으로 배열 - I: lac억제자(lac repressor)
- 억제자(I) +작동유전자(O) 발현 억제 - 유도인자(Inducer) 억제인자 증진자
전사활성화
- 유도인자: 1,6-알로락토스
- 아이소프로필싸이오갈락토사이드(IPTG)
알로락토스와 유사구조
갈락토스 가수분해효소로 분해 안 되는 유도인자
- 젖당대사 생체 외 연구에 사용
trp 오페론
- 트립토판이 대량 존재하면 트립토판의 생성을 억제하는 체계가 유전자에 의해서 가동
- trp 오페론: 코리스메이트로부터 트립토판을
합성하는 데 필요한 다섯 개 유전자(두 개는 효소) - trp 억제자
L-트립토판과 복합체 구성 작동유전자에 결합
trp 오페론의 발현을 억제 70배 감소
- trp 오페론 최종생성물인 트립토판의 보조인자 - trp 오페론의 작동유전자 하류쪽의 결손된
돌연변이체 trp 오페론의 발현이 여섯 배 증가
- 조절부위는 trpE의 위쪽으로 -30 ~ 60bp위치가 되며, 162bp의 선도서열, trpL에 해당
- 트립토판이 합성되면 trp 억제자에 결합, trp 오페론 전사의 감소
- trp mRNA 중 trpL에 해당하는 140 bp만을 포함하는 것이 점점 많아지고, trp 오페론의 전사가 조기종결
이런 효과를 조절하는 부위로 감쇠조절자(attenuator)가 존재
진핵세포의 유전자발현의 조절
- 진핵세포의 증진자: -25위치에 TATA상자(원핵 세포의 -10 상자와 유사) - 다른 증진자:
TFIIB인식인자(BRE, recognition element), 개시자(initiator), 아래쪽 증진자인자(DPE, downstream promoter element)
- 증강인자(enhancer):
전사인자가 붙어서 지원 위치의 제약이 없음
- 일반적인 전사인자(GTF):
RNA중합효소와 초기개시복합체 구성 - RNA중합효소 II와 관련 GTF
TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH - TATA상자 부착단백질(TBP)과
TBF회합인자(TAF)를 포함하고 있는 TFIID가 DNA를 인지하여 부착 TFIIA, TFIIB가 붙은 후 TFIIF가
RNA중합효소와 DNA에 부착
TFIIE, TFIIH가 붙으면 전사시작
전사활성자 - DNA부착부위:
Zn포함 구성단위, 동종부위, bZIP, bHLH - 전사활성부위:
산성부위, 글루타민 풍부부위, 프롤린 풍부부위 - 어떤 전사인자가 활성화되는가에 따라
유전자-특이하게 발현이 조절
- GAL-4, Sp1, NFk-B, Jun, Fos, Myc, Max
p53 전사인자
- 암억제, 세포주기조절 대표적인 전사인자 - 세포주기에 문제가 생겼을 때 기능
- 세포주기 정지와 세포사멸을 유도
- p53에 문제 세포가 비정상적인 성장
염색질 재모델화(chromatin remodeling) - 염색질구조 변화를 통해 전사 조절
- 진핵세포에서 있는 히스톤 단백질 히스톤코드, 히스톤의 변형, 어떤 효소가 접근하는가에 따라 유전자발현에 차이
- 뉴클레오솜의 재편성 서열특이적 DNA
표적DNA에 결합하기 전 접근이 용이하여야 함 - 뉴클레오솜 재모델화 가능한 ATP-추진복합체가
염색질에 존재 DNA와 히스톤 상호작용 파괴
단백질 접근가능
- 염색질 재모델화 복합체 : 1. 염색질에 유동성 부여 2. DNA포장상태 유지
일시적으로 인자들의 각 서열에 접근 - 히스톤 아세틸화이동효소(HAT):
히스톤의 음하전 DNA와 결합력이 약화
전사인자, 중합효소 접근 용이 - 히스톤 탈아세틸화효소(HADC):
1. 히스톤의 아세틸그룹 격리
2. DNA와 히스톤 결합 강화 전사 억제 - 히스톤 메틸이동효소:
1. 히스톤 메틸화
2. 다양한 변형 조절에 문제 암 발생
진핵세포의 전사조절 - 활성인자와 억제자에 의해서 수행
조절장소는 증강인자와 침묵인자가 제공 - 인헨소솜: 전사인자 + 건축단백질이 100bp의
증강인자 위에 협동적으로 작용
- 중개인자: DNA결합 전사활성인자들과 RNA중합효소II 사이의 접촉면 제공
안정한 초기개시인자
- 핵수용체초가족(nuclear receptor superfamily)
스테로이드, 홀몬, 비타민 등 150개 - 전사활성은 홀몬반응요소(HRE):
DNA부위를 인식 유전자의 전사의 유도 및 억제
RNA간섭(RNA interference, RNAi)
- 비암호 RNA가 유전자 발현의 조절에 중요한 역할 - 유전자 조절의 간섭 RNA간섭
저분자 RNA가 mRNA에 결합
유전자 발현을 억제
- 응용: 1. 유전자 기능의 이해
2. 생쥐에서 간염바이러스의 염증 예방 3. HIV의 복제의 억제
암의 발생, 세포주기와 세포사멸
- 암: 발암물질 또는 다른 원인에 의해 염색체의 이상으로 원발암성유전자가 발암성유전자로 활성화되어 세포성장조절에 이상
- 세포 내부에서 암의 발생 원인
(1) 세포의 성장신호전달체계의 파괴
(2) 암억제 유전자의 돌연변이 및 기능의 상실 (3) 세포사멸 기능의 상실
(4) 세포주기 조절의 파괴 수선기능상실
원발암성유전자 산물의 신호전달체계에서 역할 (1) 성장인자: 상피세포 성장인자(EGF)
(2) 신호의 수용체: 단백질타이로신 인산화효소 (3) 신호의 중간 스위치: G단백질
(4) 인산화효소: 여러 인산화효소들 (5) 전사활성단백질
암억제유전자
- 종양의 감시기능을 통하여 암세포화 억제 - 세포주기의 조절체, 세포사멸 유도
- 유비퀴틴-단백질연결효소 Mdm2 과잉 발현 - p53발현의 조절물질인 ARF가 손실되어
종양감시기능이 상실된 상태가 됨
세포사멸 - 불필요한 세포, 잘못된 세포 - 마이토콘드리아
세포사멸 조절단백질 Bcl-2, Bcl-X1
케스페이스8 활성화 세포사멸 - 사이토크롬
c
배출 통로의 활성화 - 신호전달 ARF/Mdm2 경로 이용- DAP 인산화효소 활성 세포사멸 유발 - 사람의 암세포 DAPK 발현이 상실