[유전학] 4.3 : 바소체(barr bodies), 유전체 각인(genomic imprinting)

 

이번 포스트에서는 sex와 관련해 아주 중요한 개념인 dosage compensation에 대해 주로 알아보도록 하자.

 

 

dosage compensation에 대해 들어가기 전에, sex에 대한 흥미로운 사실 하나를 먼저 짚고 넘어가보자. 바로 sex ratio, 즉 집단 전체에서 성별의 비율에 대한 논의임. 이와 관련해 primary sex ratio와 secondary sex ratio라는 개념이 있는데, 

 

 

primary sex ratio는 정자와 난자 딱 수정되는 순간의 sex ratio를 의미하고

 

 

secondary sex ratio는 실제로 아기로 태어났을 때의 성비를 의미함.

 

 

 

일반적으로 primary sex ratio는 1에 거의 가깝다고 알려져 있음. 그런데, 실제로 통계조사를 해 본 결과 secondary sex ratio는 1보다 더 큼. (즉, 남성이 더 많이 태어남) 

 

 

 

왜 이런 현상이 나타나는 것일까. 아직 추측뿐이지만 아래와 같은 가능성들을 생각해볼 수 있음. 

 

 

1) X를 가진 정자와 Y를 가진 정자의 운동성 차이가 있는 경우

 

 

2) X를 가진 정자와 Y를 가진 정자 사이의 수정능력 차이가 있는 경우

 

 

이는 어디까지나 가능성일 뿐이므로, 다른 가능성들도 충분히 존재할 수 있음. 

 

 

 

바소체 (barr bodies)

 

 

다음으로 바소체에 대해 알아보자. 이와 관련해 중요한 개념이 바로 dosage compensation임.

 

 

dosage compensation이란 XX의 유전자 발현량이 XY보다 과하지 않도록 무작위적으로 두 개의 X 중 한개의 X 염색체 발현을 억제하는 기전을 의미함. 참고로 억제된 X는 체세포분열을 거쳐서도 계속 억제된 채 전달됨. 다만 감수분열(meiosis) 시에는 X의 억제 패턴이 유전되지 않음. (만약 감수분열 시에 이것이 전달된다면 운이 나쁠시 자식이 둘 다 불활성화된 XX를 받을 수 있기 때문에, 감수분열 시에는 리셋되는 것임)

 

 

dosage compensation은 인간의 경우 배발생 6~8주 후에 일어나며, 특히나 인간의 경우 불활성화된 X chromosome이 간기에 Barr bodies(바소체)로 관찰됨.

 

 

위 그림의 붉은 화살표로 표시된 부분이 바로 바소체임.

 

 

 

이 때 흥미롭게도, 위 그림과 같이 X chromosome이 몇개이던지 간에 X chromosome이 1개만 활성화된 채로 남을 때 까지 계속 불활성화가 일어남. 그런데 이에 따르면, XXX, XXXX, XXY의 경우에도 하나를 제외한 X는 모두 불활성화되므로 XX의 경우, 혹은 XY의 경우와 phenotype이 동일해야 함. 그러나 실제로는 그렇지 않음. 이에 대한 이유로 크게 두 가지의 가설을 생각해볼 수 있는데, 1) 6~8주 이전에 이미 정상인과 이들 간의 차이가 발생할 수도 있고, 2) barr body에서도 15%의 gene들은 inactivation을 피한 채로 발현되기도 하므로, 이렇게 발현되는 gene들에 의해 차이가 발생할 수도 있음.

 

 

dosage compensation과 관련된 흥미로운 이론이 있는데, 바로 Lyon hypothesis임. 

 

 

 

고양이와 쥐 등의 털색을 결정하는 gene은 X chromosome에 존재함. 따라서 수컷의 경우 X가 하나뿐이므로 gene 종류에 따라 1개의 털색만 발현됨. 그런데 암컷의 경우, 그 중에서도 털색 gene에 대해 heterozygote인 암컷의 경우에는 발생 6~8주에 나타나는 X chromosome의 random inactivation이 어느 X chromosome에 행해질지에 따라서 털색이 달라지게 되고, 그 결과 얼룩무늬가 나타남. 이에 대한 가장 대표적인 예시가 위 그림 왼쪽에 나타나 있는 calico cat(삼색고양이)임. 

 

 

그런데 male이면서 calico cat인 경우는 존재할 수 없는 것일까. 사실 존재할 수 있음. 예를 들어 XXY의 핵형이거나, XRY가 X로 전달된 XX이거나, autosome으로 털색 결정 gene이 이동해서 heterozygous한 조합이 얻어지는 등을 생각해볼 수 있음. (잘 이해가 안된다면 이전 포스트를 다시 복습해보자)

 

 

또 다른 예시 중 하나로 Red-green color blindness(적록색맹)가 있음. 이 질병은 X-linked recessive disorder(X염색체 연관 열성 유전병)임. 실제로 heterozygous female의 경우에는 mosaic retina, 즉 모자이크 망막이 관찰되는데, 이는 여성에게서 random하게 dosage compensation이 일어나면서 어떤 retina cell은 mutated gene을 포함하는 X chromosome을 가지고, 어떤 retina cell은 정상 gene을 포함하는 X chromosome을 가지기 때문임.

(운이 정말 나빠서 모든 retina cell이 다 정상 X만 deactivation시키는 경우에는 heterozygote임에도 적록색맹이 될 수도 있음)

 

 

유전체 각인(genomic imprinting)

다음으로 genomic imprinting에 대해 알아보자.

 

 

 

genomic imprinting이란 우리말로 유전체 각인으로, 한번 침묵된 gene이 cell division 시에도 계속 침묵이 유지된 채로 물려지는 현상을 의미함.

 

 

이를 표현하는 단어가 바로 epigenetic trait임. epigenetic trait란 DNA sequence의 변화 없이 phenotype 변화를 만들어내며, 체세포분열, 감수분열을 통해서도 전달되는 stable한 형질을 의미함. 이 떄 각 세포마다 가지는 이런 변화를 만드는 요소들(methylation, acetylation 등)을 일컬어서 epigenome(후성유전체)이라고 함.

 

 

mechanism of dosage compensation

 

다음으로 본격적으로 X chromosome이 inactivation되는 mechanism에 대해 알아보자.

 

 

위 그림에 나타나 있는 것처럼 X chromosome 내에는 X-inactivation center(Xic)라는 부위가 있는데, inactivation되는 X chromosome 위에 있는 Xic은 activation됨. 즉 아마도 Xic이 X chromosome 불활성화와 관련되어 있을 것으로 생각 가능함. (Xic은 대략 1Mb 정도의 길이로 모든 X chromosome 내에 존재하고 있음)

 

 

한편 Xic 안에는 X-inactive specific transcript(XIST) 유전자가 포함되어 있음. 이 XIST가 전사되어서 Xist RNA가 만들어지고, 이들이 inactive해질 X chromosome을 둘러싸버림. 그 결과 Xist RNA에 의해 둘러싸여진 X chromosome은 발현 부위가 가려졌으므로 inactivation되게 됨. (일종의 RNAi)

 

 

XIST 이외에도 Xic locus에는 2개의 noncoding gene(단백질을 생산하지는 않고, RNA 상태로 기능함)이 더 존재하고 있음. 이들이 바로 Tsix와 Xite임. 이들도 X chromosome 불활성화(inactivation)에 중요한 역할을 함.

 

 

아직 잘 알려지지는 않았지만, 둘 중 하나의 X chromosome만 inactivation되는 과정은 XX pairing을 동반할 것이라 예상되고 있음. (이 때 XX pairing은 Xic끼리 이루어짐) 이 과정이 아래 그림 a에 나타나 있음.

 

 

 

한편 만약 위 그림 b와 같이 Tsix gene을 없앤 경우에는 pairing이 일어나지 않게 되고, 둘 다 active할 수도, 하나만 active할 수도, 둘 다 inactive할 수 도 있음. (chaotic X chromosome inactivation)

 

 

그리고 위 그림 c와 같이 Xic이 들어있는 transgene(외부로부터 넣어준 추가적인 유전자)을 넣어주는 경우 이 transgene이 X chromosome의 Xic과 pairing하고, pairing한 X chromosome은 pairing 이후 상대가 X chromosome이 아님을 인식한 뒤 active한 상태로 계속 남아있게 됨. (no X chromosome inactivation)

 

 

 

다음 포스트에서는 초파리의 성 결정 과정, 그리고 온도에 의한 성 결정 과정에 대해 알아보자.