[분자생물학] 12.6 : insulator

 

이번 포스트에서는 아주 흥미로운 기능을 수행하는 DNA element인 insulator에 대해 알아보도록 하자.

 

 

 

insulator는 enhancer, 혹은 silencer의 활성을 억제시켜주는(조절해주는) 역할을 함. 그러면 왜 이들의 활성에 조절이 필요할까. DNA 내에는 수많은 enhancer가 존재하므로 원래 의도치 않았던 gene들까지 활성화시킬 수 있음. (enhancer는 position-independent하므로) 그러나 실제로 이런 일은 일어나지 않는데, 이것이 바로 insulator 덕분임.

 

 

insulator의 역할을 간단히 모식적으로 표현한 그림이 아래와 같음.

 

 

 

 

 

이 녀석은 위 그림 (a)처럼 enhancer에 의한 activation을 block하기도 하고(enhancer blocking activity) (b)처럼 silencer에 의한 inactivation을 block하기도 함(barrier activity).

 

 

따라서 insulator는 DNA domain에서의 boundary를 define해주고, 이 domain 바깥에 위치하고 있는 녀석들의 활성은 거의 모두 blocking해주는 역할을 함.

 

 

그렇다면 insulator는 어떻게 작동할까. 이와 관련해서도 앞서 activator의 작동 model을 새웠던 것처럼 여러 model을 세울 수 있음.

 

 

 

 

(a)는 sliding model, (b)는 looping model임. 일단 둘 모두에서 I로 표시된 insulator와, 그 insulator에 붙는 특정 protein 둘 다 insulator 활성에 있어 필수적이라는 것은 공통적임. (이는 초파리에서의 GAGA box라는 insulator에 대한 연구로부터 알아냄) 

 

(a)는 enhancer부위로부터 activator가 DNA를 따라 오는데, 이 때 중간에 insulator가 이 녀석의 진행을 막아준다는 model이고, (b)는 두 개의 insulator와 insulator에 붙는 단백질들끼리 결합해 loop을 형성하고 이 loop 안에 enhancer 부위에 붙은 activator 자체를 통째로 가둬버려서 activation을 막아버린다는 model임.

 

 

앞서와 마찬가지로 catenane을 사용한 실험 결과 sliding model이 아니라 looping model이 더 맞는 것으로 확인됨.

 

 

 

그런데 이상하게도 또 다른 실험 결과 insulator가 DNA상에 1개만 존재하더라도 activation을 block하는 것이 가능하다는 것이 확인됨. 이는 (b)에서 나타나 있는 그림만으로는 insulator의 mechanism을 다 설명하지 못한다는 것을 의미함.

 

 

 

 

 

 

실제로 insulator는 다양한 방식으로 전사 억제를 수행하는 것으로 보여짐. 특히 (a)가 앞서의 실험 결과를 어느 정도 설명해주는데, insulator들끼리 (서로 다른 DNA molecule에 존재함에도 불구하고) 결합하여 activator의 작용을 물리적으로 막아버릴 수도 있음.

 

(b)는 앞서 본 mechanism 그대로임. 한편 (c)와 같이 enhancer가 insulator에 의해 형성된 loop 밖에 위치하는 경우, 이 때는 enhancer가 전사를 activation시킬 수 있게 됨. (이 경우에는 심지어 insulator에 의해 평소보다 더 강하게 전사를 activation시킬 수 있게 되는 경우도 있음)

 

 

 

 

 

이제 위 그림에 나타나 있는 각각의 상황에 대해 yellow(y), white(w) gene이 activation될지, 되지 않을지의 여부를 생각해보자. (이 때 파란색은 enhancer이고 빨간색은 insulator임)

 

 

 

첫 번째 경우 당연히 앞서 (a)에서 본 것과 같은 작용에 의해 y와 w가 둘 다 activation되지 않을 것임. 두 번째 경우 (a) 작용에 의해 w는 activation되지 않을 것이고, 이와는 독립적으로 y는 activation될 것임. 세 번째 경우 (b) 작용에 의해 y는 looping out되어 activation되지 않을 것이고 w는 activation될 것임. 네 번째 경우 (b) 작용에 의해 y, w가 모두 looping out되므로 y, w가 둘 다 activation되지 않을 것임.

 

 

 

그런데 마지막 녀석의 경우 결과가 특이함. 결과부터 말하자면 y, w 모두 activation이 됨. 이는 지금까지 봤던 mechanism만으로는 설명되지 않는데, 이를 통해 단순한 mechanism 이외에 insulator가 작용하는 또다른 mechanism이 있지 않을까 생각할 수 있음. (물론 su(Hw)F와 su(Hw) 사이에 loop가 생겨 y는 activation되는 event가 발생하고, 한편 su(Hw), su(Hw) 사이에 loop가 생겨 w가 activation되는 event가 발생한 결과 결국 둘 다 activation되지 않았을까 하는 생각을 해 볼 수도 있기는 함)

 

 

 

 

 

 

한편 위 그림과 같이 enhancer와 insulator, promoter와 insulator, 혹은 둘 다와 (물론 단백질끼리) 직접적으로 상호작용해서 insulator의 작동이 일어날수도 있다는 사실이 알려져 있음.

 

 

 

다음 포스트에서는 trasncription factor들의 조절 기작들에 대해 알아보자.