여성은 X염색체 2개, 남성은 X염색체와 Y염색체를 각각 1개씩 갖습니다. 여성의 경우 수정란이 약 1,000개로 분열되는 시기인 '배아발생 단계'에서 2개의 X염색체 중 한 개가 불활성화되고 결국 동일한 개수의 유전자 발현을 하도록 유도합니다. 하지만 그동안 X염색체가 왜 불활성화되는지 아직까지 규명되지 않았죠.
그런데 <Nucleic Acids Research>저널에 게재된 새로운 연구에 따르면 여성의 세포에서 X염색체 2개 중 하나가 불활성화되는 과정이 밝혀졌다고 합니다. 한양대 남진우 교수와 연세대 김형범 교수의 연구팀이 하버드 연구팀과 공동 연구를 통해 이러한 과정을 규명했다고 하는데요. 연구팀은 '지스트(Xist)'라는 RNA를 체계적으로 분석함으로써 인간의 X 염색체 불활성화의 체계를 밝혀냈다고 합니다.
'지스트 유전자'란?
지스트(Xist) 유전자란 긴 비번역 RNA로, 생쥐에서 X염색체 비활성화 현상은 이 지스트 유전자로 조절된다고 합니다. 특히 지스트 RNA 상에 존재하는 반복 서열은 염색체의 후성유전적 비활성화를 유도하는 체계를 가지고 있다고 합니다. 인간 세포의 지스트 유전자도 X염색체의 비활성화를 조절한다고 합니다. 하지만 생쥐와는 달리, 인간의 지스트 유전자에서는 X염색체 비활성화를 조절하는 정확한 매커니즘을 규명하지 못했죠.
지스트 유전자를 규명하는 실험?
연구팀은 CRISPR/Cas9 유전자 가위 시스템을 이용해 실험을 진행했습니다. CRISPR/Cas9은 3세대 유전자 가위 기술이며, RNA와 DNA를 절단하는 효소 Cas9으로 제작됐습니다.
CRISPR/Cas9은 수백 개에서 수십만 개의 염기로 이루어진 긴 DNA 구간을 삭제합니다. 삭제된 유전자 구간의 기능을 체계적으로 분석할 수 있습니다. 연구팀은 CRISPR/Cas9으로 생쥐와 인간의 지스트 유전자 전체 혹은 12곳의 부분 염기를 삭제하고, 두 상동 X 염색체가 모두 삭제된 클론을 선별하여 라이브러리를 구축했습니다.
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또한, 연구팀은 RNA 기반 형광이미지, High-throughput RNA sequencing(RNA-seq) 기술을 이용해 X염색체 불활성화 현상에 영향을 주는 지스트 영역을 조사해 생쥐와 인간의 지스트 유전자의 차이를 연구했습니다.
실험 결과는?
연구 결과, 생쥐와 인간의 지스트 유전자에서 핵심 기능을 담당하는 구간이 다르다는 점이 드러났습니다. 생쥐에서는 그 부위가 서열이 반복되는 구간이었던 반면, 인간에게서는 서열이 반복되지 않는 구간이었다고 합니다. 또한 생쥐와는 다르게 인간의 지스트 유전자는 삭제했을 때 X염색체 재활성화가 활발히 나타났다고 합니다. 특히 인간의 지스트 유전자에 있는 엑손 5가 생쥐와 다르게 X염색체의 불활성화 유지에 큰 역할을 하고 있다는 것을 발견했죠.
이번 연구 결과는 인간의 지스트상에 있는 다양한 유전적 변이에 의해 발생하는 질병 기전을 이해하는 데 큰 도움을 줄 것으로 기대됩니다. 연구팀은 "암을 비롯한 다양한 질병에서 지스트 유전자 주요 부위의 변이와 X염색체 재활성화 요인을 연구하여, 지스트 유전자와 질병 발생에 대한 이론적 근거를 정립할 계획"이라고 밝혔습니다.
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