[분자생물학] 13.3 : chromatin 구조와 유전자 발현의 관계

 

 

이번 포스트에서는 chromatin 구조에 따라 유전자 발현이 어떤식으로 달라지는지에 대해 알아보도록 하자.

 

 

histone들은 구조적인 관점에서의 기능만 가지는 것이 아니라 gene activity에 직접적으로 영향을 미치기도 함. 한 예로 H1은 in vitro 상에서 gene activity에 대해 repressive effect가 있음이 확인되기도 함.

 

 

 

 

위 그림은 octamer로 이루어진 core histone들이 실제로 전사에 어떤 영향을 미치는지에 대해 알아보기 위해 수행한 primer extension analysis of RNA(전사 정도를 알아볼 수 있는 실험 기법)의 결과임.

 

보면 core histone의 양이 늘어나면 늘어날수록 점차적으로 gene activity가 감소함을 확인할 수 있음. 이를 통해 core histone의 양이 많아지면 많아질수록 전사 정도가 감소한다는 결론을 내릴 수 있음.

 

 

 

 

 

한편 그 중에서 특히 core histone의 비율이 0.8일 때가 대략 1개의 nucleosome이 200bp의 DNA를 감았을 때의(생체 내에서 흔히 DNA가 histone에 2바퀴 감기므로 이런 수치가 나온 것임) 비율값에 해당하는 전체 histone 양임. 이 때 activity를 보면 core histone이 없을 때에 비해 75%정도 감소함.

 

한편 다른 실험을 통해 밝혀낸 바에 따르면 딱 histone이 전체 DNA의 75%정도를 감고, 나머지 25%정도는 nucleosome core로 cover되어 있지 않음. 따라서 결국 이 두 결과를 종합해봤을 때 DNA가 core histone에 의해 cover된 딱 75% 만큼의 부위에서 gene repression이 일어났음을 알 수 있음.

 

 

 

 

 

 

한편 위와 같은 실험 결과를 통해 histone H1의 양을 점차 증가시켜줄 시에도 gene이 repression되는 효과가 나타남을 확인함. (위 그림에서 붉은 lane)

 

 

 

 

그런데 H1양은 그대로 두고 GAL4-VP16 혹은 Sp1과 같은 activator를 넣어주는 경우 전사 정도가 다시금 회복됨. 즉, histone에 의해 repression되었던 전사가 activator에 의해 dramatic하게 다시 activation되는 것임.

 

 

이를 통해 Sp1, GAL4와 같은 activator들은 transcription activator로 작용할 뿐만 아니라 histone(H1 포함)의 repression을 없애주는 antirepressor로도 작용할 수 있다는 것을 알 수 있음.

 

 

한편 모든 activator가 두 가지 활성을 다 가지는 것은 아닌데, 한 예로 Kruppel promoter에 있는 GA-rich sequence에 결합하는 GAGA factor는 오로지 antirepressor의 역할만을 수행함.

 

 

 

 

 

activator에 대한 내용이 나왔으니, 이제 구체적으로 어떻게 transcriptional activation이 일어나는지를 chromatin level에서 생각해보자. 이와 관련해서 가능한 두 가지 경우가 존재함.

 

 

 

 

왼쪽 경우는 promoter 부위가 H1에 의해서만 가려져 있어서 activator가 작용하기 위해 H1을 벗겨주기만 하면 됨. 한편 오른쪽 경우 promoter 부위가 아예 core histone에 감겨있기 때문에 H1 뿐만 아니라 nucleosome 자체를 벗겨내야 activator가 역할을 할 수 있음.

 

이 때 nucleosome을 (일시적으로던 영구적으로던) 때주는 역할을 하는 녀석을 chromatin-remodeling factor라고 부름. (참고로 아직까지도 이 factor가 nucleosome을 영구적으로 때버리는것인지, 잠시 어디로 때놨다가 다시 붙이는 것인지에 대해서는 잘 모름)

 

 

 

따라서 nucleosome에 의해 특정 promoter가 감겨있는지, 감겨있지 않은지에 따라 activation의 수월성이 천차만별일 것임. 이와 관련된 개념이 nucleosome positioning인데, 이 개념은 nucleosome 위치 자체가 전사 정도를 달라지게 만든다는 것임.

 

 

참고로 transcription factor 중 몇몇이 앞서 본 것과 같은 antirepression을 하기 위해서는 아예 nucleosome을 promoter 부위로부터 제거하거나, 혹은 nucleosome이 promoter에 붙는 것을 예방할 수 있어야 함.

 

 

 

다음 포스트에서는 nculeosome-free zone에 대해 알아보도록 하자.