[유전학] 8.2 : chromatin remodeling

 

 

이번 포스트에서는 chromatin remodeling (염색질 리모델링)에 대해 알아보자.

 

 

 

 

 

 

eukaryotic DNA의 경우 총 길이는 2m임. 그런데 이 녀석이 그냥 linear한 상태로 존재하고 있지는 않고, 실제로는 위 그림과 같이 histone에 감긴 상태로 존재하고 있음.

 

 

 

 

 

이 때 위 그림에 나타난 바와 같이 DNA가 8개의 core histone에 감겨 형성되는 구조를 nucleosome이라 함. 실제로 이 nucleosome이 형성되면 자연스레 감기는 힘이 생겨 DNA가 더 condense될 수 있고, 그 결과 chromatin이 생기게 됨.

 

 

참고로 진핵생물에서 repressor가 거의 없는 이유는 굳이 repressor를 쓸 필요없이 그냥 DNA를 응축시켜버리는 방법을 사용해 DNA expression을 억제시킬 수 있기 때문임.

 

 

 

 

다음으로 histone modification, 그 중에서도 histone acetylation에 대해 알아보자. acetylation은 가장 강력한 modification 방법 중 하나임.

 

 

 

 

 

DNA의 경우 backbone의 phosphate 때문에 - charge를 띄고 있음. 따라서 histone은 원래 위 그림 오른쪽처럼 + charge를 띄는 lysine을 많이 가지고 있어서 DNA와 효과적으로 붙을 수 있음.

 

그런데 이 lysine이 histone acetyltransferase(HAT)에 의해 acetylation되게 되면 + charge가 위 그림 오른쪽과 같이 사라지게 됨. 이럴 시 DNA가 histone으로부터 조금 분리되게 되고(unwrap) 그 결과 gene expression이 촉진되게 됨.

 

 

 

 

 

참고로 위 그림에도 나타나 있는 것처럼 Ac-Lys을 다시 Lys으로 바꿔주는 효소는 histone deacetylase(HDAC)임. 실제로 HDAC은 대부분의 gene expression을 억제시킬 수 있는 강력한 도구 중 하나임.

 

 

 

다음으로 DNA methylation에 대해 알아보자.

 

 

 

 

DNA methylation은 위 그림에도 나타난 바와 같이 염기 중 주로 cytosine에 생기게 되며, 그 결과 C에 methyl group이 달리게 됨.

 

 

 

 

이와 관련해서 아주 흥미로운 것이 바로 위 그림에도 나타나 있는 CpG island인데, CpG island는 일부 gene의 promoter 부위에 존재하며, G, C 염기가 매우 많이 밀집한 지역임. 그런데 위 그림 아래에도 나타나 있는 것처럼 CpG island의 C에 methylation이 일어나게 될 시 그 뒷부분의 gene expression이 억제되게 됨.

 

 

 

 

이와 관련해서 아주 흥미로운 현상이 위 그림에 나타나 있음.

 

 

위 그림 오른쪽에는 엄마의 돌봄을 많이 받고 자란 쥐가, 왼쪽에는 엄마의 돌봄을 받지 못한 채 방치되어 자란 쥐가 나타나 있음. 이중 엄마의 돌봄을 많이 받고 자란 쥐의 경우 Nr3c1 gene 앞의 CpG island가 methylation되지 않아서 gene이 발현되게 됨.

 

그럴 시 결과적으로 glucocorticoid receptor(GR)가 발현됨. 그 결과 cortison이 조금만 분비되어도 GR에 의해 detection되는 것이 가능하고 stress 저항성이 높아지게 됨. 이런 쥐들의 경우 stress 저항성이 높으므로 자기 자식들도 잘 돌보는 경향이 있음.

 

 

 

다음으로 엄마의 돌봄을 받지 못한 채 방치되어 자란 쥐의 경우 Nr3c1 gene 앞의 CpG island가 methylation되게되고 gene이 발현되지 않게 됨. 그럴 시 glucocorticoid receptor(GR)도 발현되지 않고 그 결과 cortison 분비량이 많아도 거의 GR에 의해 detection되는 것이 불가능해서 stress 저항성이 낮음. 그 결과 대체로 이들은 자시 자식들도 잘 돌보지 않는 경향이 있음.

 

 

 

 

다음으로 SWI/SNF chromatin remodeling complex에 대해 알아보자.

 

 

 

 

 

실제로 앞서 봤던 것처럼 HAT이 chromatin을 조금 풀어주는 것은 맞으나 완전히 확 풀어주는 녀석들은 SWI/SNF complex임.

 

 

 

정리하자면 SWI/SNF complex, HAT이 activation되고, 그런 한편 DNA가 methylation되어있지 않아야 전사를 시작할 수라도 있는 것임.

 

 

 

 

 

다음 포스트에서는 transcription(전사) 수준에서 일어나는 조절 과정에 대해 알아보자.