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- 약 750만 년 전 침팬지와 인간의 혈통이 갈라진 후 빠르게 변한 DNA 세그먼트 검색
- HAQER라는 DNA 부분, 단백질 코딩 유전자 판독 제어. 뇌,소화관 및 면역 체계 발달에 기여
- HAQERs는 우리에게 큰 뇌와 같은 긍정적인 특성을 부여했을 뿐만 아니라 전형적인 인간 질병의 기초 만들어. 여기에는 고혈압, 단극 및 양극성 우울증, 정신분열증이 포함

이 유전자 스위치가 우리를 유인원과 구별한다.
DNA의 조절 범위가 우리를 인간으로 만들었을 가능성이 있음

일반적으로 인간:
과학자들은 인간 고유의 적응을 설명할 수 있는 게놈 영역을 확인했다. HAQER(Human Ancestor Quickly Evolved Regions)라고 하는 DNA 부분은 단백질 코딩 유전자의 판독을 제어해 뇌, 소화관 및 면역 체계의 발달에 기여한다. 그들은 인간과 침팬지 혈통이 분리된 직후에 진화했다. HAQERS는 혜택뿐만 아니라 질병도 가져온다. 

▲ 우리는 침팬지의 혈통에서 분리된 후 HAQER 영역을 개발했다.일반적인 침팬지의 머리: 두개골은 더 무겁고 얼굴은 일반적으로 보노보보다 가볍다. 일부 동물에는 흰 수염이 있다. Source: Thomas Lersch / Extracted from Image:Schimpanse zoo-leipig.jpg.

우리 인간은 침팬지나 고릴라와 같은 가장 가까운 영장류와 구별된다. 그러나 우리의 "일반적으로 인간적인" 특성의 유전적 원인은 지금까지 부분적으로만 밝혀졌다. 또한 유인원에 대한 단백질 코딩 유전자에는 거의 차이가 없기 때문이다. 다른 한편으로, 결정적인 변화가 우리 게놈의 비단백질 코딩 부분에서 발생했다는 증거가 증가하고 있다. 이 부분은 오랫동안 기능이 없는 "정크 DNA"로 간주되었던 부분이다.

급격한 변화

미국 듀크 대학의 Riley Mangan이 이끄는 팀도 이제 우리 게놈의 이러한 비암호화 부분에서 우리 진화의 흔적을 찾았다. 지금까지 오랫동안 안정적으로 유지됐지만 우리 조상에서 빠르게 변화한 DNA 서열은 특히 유망한 것으로 여겼다. "분자 진화의 이러한 가속화는 선택의 변화를 반영한다고 가정했다"고 연구자들은 설명했다.

대조적으로 Mangan과 그의 동료들은 최근 이미 역동적인 변화를 겪은 게놈 영역도 검색했다. "뇌 크기, 사지 비율 또는 안면 해부학을 포함해 인간 해부학의 많은 독특한 특징은 인간이 아닌 종에서도 정적이지 않았다"고 그들은 설명했다. 높은 처리량 시퀀싱과 게놈 비교를 사용하여 약 750만 년 전 침팬지와 인간의 혈통이 갈라진 후 특히 빠르게 변한 게놈 영역의 DNA 세그먼트를 검색했다.

▲ 연구 개요도 (출처: 관련논문 Adaptive sequence divergence forged new neurodevelopmental enhancers in humans / Cell, VOLUME 185, ISSUE 24, P4587-4603.E23, NOVEMBER 23, 2022)

우리 게놈의 HAQER

실제로 연구원들은 그러한 섹션을 1,500개 이상 식별했다. 그들은 그것들을 HAQERs("Hackers"로 발음)라고 불렀는데, 이는 Human Ancestor Quickly Evolved Regions를 의미한다. 그들이 보고한 바와 같이, 이 DNA 섹션은 인간 게놈에서 가장 빠르게 발달된 것 중 하나다. 도대체 이 엄청난 개발 추진이 언제 일어났을까? 인간 진화 이전 또는 초기 인간 진화 과정에서? 아니면 이미 침팬지와 헤어질 때?

이를 테스트하기 위해 Mangan과 그의 동료들은 HAQER 세그먼트의 가장 의미 있는 13개 시퀀스를 합성하고 이를 네안데르탈인, 데니소바인, 침팬지의 게놈 및 인간과 침팬지의 추정 공통 조상의 재구성된 게놈과 비교했다.

그 결과 HAQERs는 우리 가계가 침팬지에서 분리된 후, 데니소바인과 네안데르탈인에서 차례로 분리되기 전에 진화했다. 이것은 다른 인간 이전 및 초기 인간종도 이러한 서열을 가지고 있음을 의미한다.

뇌와 내장을 위한 미세 조정

HAQER 시퀀스의 기능은 무엇일까? 과학자들은 그것들을 일종의 스위치처럼 작동하는 DNA의 규제 부분으로 특징지었다. “그들은 매우 구체적으로 유전자를 작동시키는 것 같다. 그들은 특정 세포 유형과 발달의 특정 시간에만 이 작업을 수행한다. 또는 어떤 식으로든 환경이 변하는 경우에만 가능하다”고 Mangan의 동료인 Craig Lowe는 설명한다. HAQER는 이전에 존재하지 않았던 인간 운영 체제에 일부 유전자 스위치를 추가했다.

자세한 분석 결과 밝혀진 바와 같이 이러한 유전자 스위치는 주로 인간의 뇌, 위장관 및 면역 체계의 일부 발달에 사용된다. 유전자 스위치는 변화하는 환경 영향에 특별히 적응할 수 있는 특별한 미세 조정을 가능하게 한다.

전형적인 인간 질병의 방아쇠로서의 HAQER

HAQER는 어떻게 생겼을까? 일반적으로 게놈 영역의 급속한 출현에 대한 두 가지 일반적인 설명이 있다. 즉, 지역적 돌연변이의 결과로 발생하거나 자연 선택 과정에서 우세한 종에 매우 유리한 것으로 판명된다. 현재 특징이 밝혀진 DNA 서열에서 과학자들은 "이 두 가지 힘의 조합이 인간 게놈에서 가장 다양한 영역을 형성했음을 시사하는" 두 가지 설명에 대한 증거를 발견했다.

우리를 인간으로 만듦으로써 HAQERs는 우리에게 큰 뇌와 같은 긍정적인 특성을 부여했을 뿐만 아니라 연구원들이 의심하는 것처럼 전형적인 인간 질병의 기초를 만들었다. 여기에는 고혈압, 단극 및 양극성 우울증, 정신분열증이 포함될 수 있다.

Mangan과 동료들에 따르면 모든 인간이 매우 유사한 HAQER 시퀀스를 가지고 있지만 약간의 변이가 있으며 "이러한 변이가 특정 질병과 관련되는 경향이 있음을 보여줄 수 있었다"고 Lowe는 말했다. 이 연결이 정확히 어떻게 생겼는지가 추가 연구의 목표가 될 수 있다.
(Cell, 2022; doi: 10.1016/j.cell.2022.10.016)
출처: Duke University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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