진핵생물에서 조직 특이적 유전자 발현이 나타날 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 진핵생물은 모든 조직에서 동일한 유전자를 가지고 있는 유전적 등가성을 나타내지만 그럼에도 불구하고 조직 특이적 발현을 할 수 있는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
진핵세포는 같은유전자를 가지지만, 전사인자- 에피제네틱 조절 서열 차이로 특정 조직에서만 유전자가 커진답니다.`
나름의 유전자 발현조절이 가능하기 때문입니다.
그 중에서도 가장 중요한 조절 단계는 전사 조절입니다.
특정 세포에만 존재하는 전사인자라는 단백질이 특정 유전자 근처의 DNA에 결합하여 해당 유전자의 전사를 촉진하거나 억제합니다. 예를 들어, 췌장 세포의 전사인자는 인슐린 유전자의 전사를 활성화하여 인슐린을 생산하게 하지만, 간 세포의 전사인자는 이 유전자를 활성화시키지 않는 것이죠.
또한, 후생 유전학적 조절도 중요한 역할을 합니다. DNA 메틸화나 히스톤 변형과 같은 과정을 통해 유전자의 접근성이 조절되어, 특정 유전자가 영구적으로 비활성화되거나 활성화될 수도 있습니다.
이러한 조절 시스템이 동일한 유전자 정보를 바탕으로 다양한 조직과 기관의 특이적인 기능을 가능하게 하는 것이죠.
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 진핵생물은 모든 세포가 동일한 유전체를 가지고 있는 유전적 등가성을 특징으로 갖고 있지만 세포가 하는 역할 및 종류에 따라 발현하는 유전자가 달라집니다.
우선 특정 조직에서만 발현되거나 활성화되는 단백질이 존재하는데요, 예를 들어서 근육세포의 MyoD, 간세포의 HNF가 있으며 해당 조직에서 특정 유전자 발현을 촉진합니다. 또한 DNA에 존재하는 조절 서열은 전사 인자와 결합하여 전사 여부를 결정하는데요, 같은 유전자가 있더라도, 어떤 세포에서 어떤 전사 인자가 활성화되어 enhancer에 결합하느냐에 따라 발현 여부가 달라집니다.
이외에도 후성유전학적 조절을 하게 되는데요, 대표적인 방식이 'DNA 메틸화'인데, 이는 특정 프로모터 부위의 DNA에 메틸기가 붙으면 전사가 억제되는 것으로 조직마다 메틸화 패턴이 달라서 발현되는 유전자가 달라집니다. 또한 히스톤 단백질의 아세틸화, 메틸화 여부에 따라 염색질이 열리거나 닫히게 되고, 전사가 가능해지거나 불가능해지며 이 역시 세포 유형별로 다르게 조절됩니다. 감사합니다.
진핵생물의 모든 세포는 동일한 유전자를 가지지만, 조직마다 다른 유전자를 발현하는 것은 유전자 발현 조절 기작 때문입니다. 이는 주로 전사 단계에서 특정 유전자만을 선택적으로 발현시키거나 억제하는 방식으로 이루어집니다. 주요 조절 기작으로는 조직 특이적 전사 인자가 특정 유전자 프로모터나 인핸서에 결합하여 해당 유전자의 전사를 활성화하는 것, DNA 메틸화나 히스톤 변형과 같은 후성유전학적 조절을 통해 염색질의 구조를 변화시켜 유전자의 접근성을 조절하는 것, 그리고 마이크로RNA(miRNA)와 같은 비암호화 RNA가 mRNA의 안정성이나 번역 효율을 조절하는 것 등이 있습니다. 이러한 복잡하고 정교한 조절 시스템 덕분에 각 조직은 그 기능에 필요한 유전자만 발현하게 됩니다.