[분자생물학] 13.6 : chromatin remodeling

 

 

이번 포스트에서는 chromatin remdoeling에 대해 알아보자.

 

 

 

앞서 대표적인 histone modification인 histone acetylation에 대해 살펴봤음. 그런데 이 acetylation은 주로 histone tail에 일어나는 반면 gene의 activation을 위해서는 진짜 DNA를 감고 있는 histone 부분이 느슨해져야 하므로 histone modification만으로는 이 현상을 설명할 수 없음. 그래서 등장하는 개념이 바로 chromatin remodeling임.

 

 

 

chromatin remodeling은 nucleosome 위치가 변하는 현상, 혹은 chromatin의 구조가 변하는 현상을 의미함. 앞서 봤던 것처럼 chromatin remodeling이 일어나면 gene의 activity가 dramatic하게 달라질 수 있음.

 

 

chromatin remodeling을 유발하는 다양한 remodeling complex들이 있는데, 하나하나 알아보자.

 

 

1. SWI/SNF complex

 

SWI/SNF 각각은 switch, sniff를 의미하므로, SWI/SNF complex는 읽을 때 그냥 switch/sniff complex로 읽으면 됨.

 

 

일반적으로 remodeling에는 매우 많은 energy가 필요하므로, mammal에서는 SWI/SNF complex 내에 ATPase로 역할을 할 수 있는 BRG1이라는 단백질이 포함되어 있음. 이와 함께 BRG1-associated factor(BAF)라는 녀석도 존재하는데, 이 녀석은 특징적으로 SANT domain을 가지며, 이 SANT domain을 이용해 histone과 SWI/SNF complex를 binding시키게 됨.

 

 

 

2. ISWI complex

 

ISWI는 imitation switch를 의미함.

 

 

이 녀석 또한 SANT domain을 가지며, 이 외에 DNA binding과 관련되어 있는 SLIDE(Sant-Like ISWI Domain) domain도 가짐.

 

 

이 ISWI complex가 아마도 control region(promoter or enhancer) 근방의 DNA를 nucleosome-free region으로 유도시켜주는 역할을 하지 않을까 추측하고 있음. 따라서 이 녀석은 전사가 촉진될 때 가장 먼저 DNA 근방에 도달하는 co-activator 중 한 종류일 것으로 생각됨. (ISWI complex가 결과적으로 전사를 촉진시켜준다는 사실은 꼭 기억해두자)

 

 

 

 

 

일단 nucleosome의 mobilization에 이어 DNA와 core histone 간의 결합이 느슨해지면서 chromatin remodeling이 일어난다는 정도는 대부분의 학자들이 동의하는 바임.

 

그런데 세부적인 mechanism과 관련해서는 아직 두 개의 model이 어느 정도 대립하고 있음.

 

 

 

 

 

model 1은 일단 전반적으로 DNA가 loosening되고, 그 결과 때에 따라 red, yellow, green에 해당하는 부위가 완전히 풀어질 수 있게 되어 gene specific한 전사 활성화가 일어날 수 있다는 내용임. (즉 여러 conformation에 해당하는 loosening이 가능함)

 

 

model 2는 nucleosome이 DNA line을 따라 sliding하고(nucleosome이 옆으로 이동하고), 그 결과 위 그림의 붉은 위치와 같은 gene들이 naked되어서 결과적으로 이 gene들의 전사 활성화가 일어날 수 있다는 내용임.

 

 

 

한편 위 그림에 역삼각형으로 나타나 있는 부위는 사실 제한효소 절단자리임. 이를 이용해서 두 model 중 무엇이 맞는지에 대해 검증하는 실험을 수행해봄.

 

 

 

위 그림에 나타난 실험은 3종류의 제한효소를 이용했을 때, 각 제한효소의 제한 효율을 측정하는 방식으로 이루어짐.

 

 

 

보면 3개의 제한효소로 잘랐을 때, 각 제한효소의 절단 activity가 다 다르게 나타남. 이를 통해 model 1이 조금 더 지지를 받게 되었는데, 그 이유인즉슨 만약 model 2가 맞았다면 nucleosome이 옆으로 sliding하므로 주변의 모든 제한효소 절단자리가 다 노출되거나, 혹은 몇 개만 노출되어야 할 것임.

 

그리고 노출된 자리의 경우 제한효소가 다 쉽게 자를 수 있으므로 동일한 절단 activity가 관찰되어야 할 것임. 그러나 실제 결과는 그렇지 않았으므로 model 1과 같이 상황에 따라 특정 부위가 loosening되는 현상이 일어나는 것이 아닐까 생각하고 있음.

 

 

 

 

다음 포스트에서는 histone code에 대해 알아보도록 하자.