[분자생물학] 5.9 : knockout(낙아웃), transgene

 

 

이번 포스트에서는 knockout(낙아웃)과 transgene에 대해 알아보자.

 

 

knockout mice는 특정 gene을 turn-off시킨 mice이고, transgenic mice는 외부로부터 특정 gene을 추가해서 (주로) gain-of-function(획득형질)시킨 mice임.

 

 

그렇다면 knockout mice는 어떻게 만들까.

 

 

 

우선, 우리가 원하는 부위에 돌연변이가 생긴 유전자를 생산해내야 함. 이를 위해 위 그림에 나타나 있는 것과 같은 과정들이 사용됨. 위 그림 맨 위에서부터 순서대로 살펴보자.

 

 

우선 우리가 target으로 하는 gene이 삽입된 vector를 준비함. 이 vector에는 그림상에서 파란색으로 표시된 tk(thymidine kinase) marker도 포함되어 있음. 한편 이 때 target gene 가운데에 neot gene을 삽입시켜줌. (착각하지 말아야 할 것은 아직 vector 상에서 재조합이 일어난 것이지 쥐의 유전체 상에서 재조합이 일어난 것이 아님)

 

이후 이 vector와 쥐로부터 추출해낸 배아줄기세포를 융합함. 그러면 위 그림에서 나와있는 것과 같은 3가지 상황이 나타날 수 있음. 우선 맨 왼쪽에 나타난 상황은 가장 이상적인 상황인데, homologous recombination(상동재조합)이 일어나서 쥐의 배아세포 내에 있는 target gene 사이에 vector에 재조합되어있었던 neot가 재조합되어 들어간 상황임.

 

다음으로 가운데에 나타난 상황은 non-specific하게 재조합이 일어나서 빨간색, 초록색, 심지어 파란색 gene까지가 모두 다 쥐 유전체의 이상한 곳에 재조합되어 들어간 상임.

 

마지막으로 맨 오른쪽에 나타난 상황은 재조합이 전혀 일어나지 않은 상황임.

 

 

 

그렇다면 이 세 가지 현상이 일어난 배아세포 중 homologous recombination이 일어난 세포만을 어떻게 골라줄 수 있을까. 일단 neomicin이 포함된 배지에서 이들을 배양시켜 줄 시 재조합이 일어나지 않은 맨 오른쪽 세포는 neot 유전자를 가지고 있지 않으므로 죽어버리게 됨.

 

 다음으로 ganciclovir가 있는 환경에서 이들을 배양하게 되면 tk(thymidine kinase)가 있는 세포의 경우 이 환경에서 죽어버림. 이러한 과정을 통해 위 그림에서 주황색으로 표현된 세포만 선택적으로 배양할 수 있음.

 

 

 

 

이후 이렇게 얻은 배아세포들을 쥐의 ICM(inner cell mass)에 주입한 후 이 세포군을 엄마에게 넣어서 계속 발생시키게 됨. 이런 방식으로 자손쥐를 만들게 되면 결국 위 그림에서 나타난 것과 같이 chimeric mouse가 만들어지게 됨.

 

이후 이 chimeric mouse와 정상 쥐를 교배하게 되면 자손 중 절반이 우리가 원하는 돌연변이를 heterozygous하게 가진 상태가 됨. 이 둘을 다시 교배시켜주게 되면 1/4의 확률로 우리가 원하는 mutation을 homozygous하게 가지는 knockout mice를 만들 수 있게 됨.

 

이렇게 만들어진 knockout mice의 phenotype 관찰을 통해 특정 gene의 역할을 규명할 수 있음.

 

 

 

한편 transgenic mice의 경우 외부로부터 DNA를 넣어주게 되는데, 이러한 방식으로 특정 gene을 과발현시키고 그 표현형을 관찰하는 것도 가능함. (알츠하이머 mice model을 만들 때 대표적으로 이 transgenic mice가 많이 사용됨)

 

 

 

2021.09.20 - [전공자를 위한 생물학/유전학] - [유전학] 1.1 : 멘델 유전학(mendelian genetics) - 2 (퍼넷 사각형, 양성잡종교배, 염색체)

[유전학] 1.1 : 멘델 유전학(mendelian genetics) - 2 (퍼넷 사각형, 양성잡종교배, 염색체)

 

heterozygous, homozygous 등의 용어의 뜻을 정확히 알고싶다면 위 포스트를 포함한 블로그 내 유전학 포스트를 참고하자.

 

 

 

 

다음 포스트부터는 세균(bacteria)에서 일어나는 전사의 메커니즘에 대해 상세하게 알아보자.