두 염색체 중에서 하나를 소거하는 결정을 하는 것은 SPEN이라는 단백질이다. 이것은 유전자 조절에 중요한 영역에 결합하고 전사를 억제한다. 결여되면 두 번째 X 염색체는 활성화된다.

여성은 어떻게 성염색체 X를 비활성화 시키는가

모든 여성에게는 X 염색체 중 하나만 활성화되고 다른 하나는 배아 단계에서 꺼진다.
연구원들이 이 중요한 과정에서 결정적인 역할을 하는 한 단백질을 확인했다. 두 염색체 중에서 하나를 소거하는 결정을 하는 것은 SPEN이라는 단백질이다. 이것은 유전자 조절에 중요한 영역에 결합하고 전사를 억제한다. 이것이 결여되면 두 번째 X 염색체는 활성화된다.

▲ DNA Genetic material. Image by Gerd Altmann from Pixabay

모든 포유류에서 수컷과 암컷은 성염색체가 다르다.
수컷 개인은 X 염색체와 Y 염색체를 하나씩 가지고 있지만 암컷에게는 두 개의 X 염색체가 있다. 이로 인해 잠재적인 문제가 발생한다. X 염색체에는 Y 염색체에 없는 많은 유전자가 있기 때문이다. 이 유전 정보들은 수컷에 비해 암컷에 과도하게 표현된다.

이런 일이 발생하지 않도록 자연은 트릭을 사용한다.
암컷 세포에서 하나의 X 염색체를 끈다. 이 과정에는 염색체 자체를 생성하는 Xist라는 분자가 관여한다. 이 비코딩 RNA는 염색체를 감싸고 궁극적으로 불활성화를 유발한다.
이 후성 유전적 과정이 어떻게 작동하는지는 지금까지 명확하지 않았다.
하이델베르그에 있는 유럽 분자생물학 연구소(EMBL)의 프랑코 도신(Francois Dossin)은 "X 염색체 유전자를 끄는 분자 메커니즘은 수십 년 동안 미스테리였다."고 설명했다.

소거는 어떻게 작동할까?

퍼즐에 대한 답을 찾기 위해 도신(Dossin)과 그의 동료들은 소위 SPEN-단백질에 전념했다. 최근 실험에서 밝혀진 바와 같이 Xist RNA에 결합하는 여러 단백질 중 하나다.
SPEN은 또한 상이한 공정을 사용하여 유전자의 전사를 억제할 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 두 번째 X 염색체의 유전자를 소거시키는 것애도 관련이 있을까?

과학자들은 마우스 배아와 배아 마우스 줄기세포 실험에서 이것을 테스트했다.
결과는 세포에서 SPEN의 농도가 현저히 감소 된 경우 생존에 필수적인 X 염색체의 불활성화가 발생하지 않았음을 보여 주었다. 이에 따라 단백질은 이것에 필수적인 역할을 해야 한다.

SPOC 도메인의 역할

연구팀이 발견한 바와 같이, SPEN은 이동후 직접적으로 Xist로부터 모집돼 이 RNA에 결합하여 X 염색체를 따라 모여든다. 여기에서 단백질은 유전자 조절에 중요한 자리에 염색체와 상호 작용한다. 본질적으로 소위 촉매자 및 강화자와 접촉한다. 이는 DNA-단면을 읽는 방법에 영향을 준다. 유전자가 소거되면 SPEN은 풀어진다.

질량 분석법을 사용한 조사에서 단백질의 특정 도메인이 유전자의 소거를 일으키는 것으로 나타났다. SPOC는 DNA로 부터 RNA로의 전사를 억제하고 염색질 리모델링 및 RNA 합성과 같은 과정에서 역할을 하는 유전자와 상호작용을 해 유전자표현에 영향을 미친다.

DNA 염색체 구조

이제 출발선에 섰다.

Dossin과 그의 동료들은 단백질 도메인 SPOC와 메틸트랜스퍼라제 사이의 상호 작용을 관찰했다. 이러한 효소는 메틸기가 DNA에 부착되도록 한다. DNA 메틸화는 가장 중요한것으로 알려진 후성유전학적 변화 중 하나다. 팀의 결과에 따르면 SPEN 단백질의 SPOC 도메인은 X 염색체의 불활성화에 중요한 필수 요소에 Xist를 연결하는 일종의 다리 역할을 한다.
그러나 이 흥미로운 과정을 완전히 해독하려면 많은 연구가 필요하다. "우리는 여전히 X 활성화의 모든 분자 메커니즘을 이해하는 과제의 시작에 있다"고 과학자들은 메시지로 설명했다.

일반적인 메커니즘

새로운 발견은 X 염색체 유전자의 소거를 넘어서 중요할 수도 있다.
SPEN은 Xist뿐만 아니라 다른 비코딩 RNA 분자에도 결합하기 때문이다. SPOC 도메인을 가진 다른 단백질도 있다. 식물과 곰팡이뿐만 아니라 동물에서도 발견된다.

"SPEN 및 다른 SPOC 함유 단백질의 채용은 다양한 후성유전적 및 전사 제어 메커니즘을 사용하여 전사를 방지하는 광범위한 수단 일 수 있다"고 연구팀은 결론 지었다.

Nature 2020
출처 : 유럽 분자생물학 실험실(EMBL) European Molecular Biology Laboratory

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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