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- 배아 발달의 모든 추가 단계는 이 핵심 요소인 Nr5a2로만 시작할 수 있다.
- Nr5a2가 게놈 성장의 핵심 요소라는 발견은 생명의 시작에 대한 메카니즘을 이해하는 데 중요한 단계

생명의 시작 ‘수정’ 게놈이 깨어나는 방법
Pioneer factor(개척 인자)는 배아 DNA의 초기 포장 풀기 및 판독을 허용한다.

생명의 시작:
수정란 세포가 배아가 되기 위해서는 포장을 풀고 여전히 압축된 유전자를 읽어야 한다. 연구자들은 이제 수정란 세포가 이것을 어떻게 관리하는지 처음으로 명확히 했다. 이에 따르면 소위 개척 인자는 수정 후 게놈의 염색질 포장이 열리고 첫 번째 분열에 중요한 유전자가 노출되어 읽히는 것을 보장한다. 그래야만 배아가 2세포 단계를 넘어 성장할 수 있다. 

▲ 특별한 선구자 인자(빨간색)는 수정된 세포에서 첫 번째 유전자를 읽을 수 있도록 한다. © Max Iglesias/ MPI for Biochemistry

모든 것이 순조롭게 진행된다면 새로운 삶은 정자에 의한 난자의 수정으로 시작된다. 모계 염색체와 부계 염색체가 병합되는 초기에는 많은 것이 잘못될 수 있다. 그리고 다음 단계도 쉽지 않다. 수정란 세포가 분열할 수 있으려면 새로 결합된 유전 물질이 먼저 "눈을 떠야" 한다.

누가 유전 물질의 포장을 개봉할까?

최초의 세포 분열 동안 모체로부터 유전되고 난자의 세포질에 포함된 분자가 도움을 준다. 그러나 2세포 단계부터 배아 세포는 독자적으로 존재한다. 문제는 세포핵의 유전 정보는 쉽게 접근할 수 없다. 이것은 작은 포장 단백질, 소위 히스톤 주위에 감겨 있는 긴 DNA 실의 형태로, 마치 진주 줄과 같다.

발달 중인 배아의 세포가 추가 분열에 필요한 전사 인자를 생산할 수 있으려면 먼저 올바른 위치에서 이 포장을 열고 첫 번째 유전자를 읽어야 한다. "그러나 DNA와 히스톤은 DNA 가닥이 최대 4만 배 더 짧은 방식으로 서로 꼬여 있다"고 Ruangroengkulrith는 말했다. 이전에는 압축된 유전 물질을 방출하고 후속 세포 분열을 가능하게 하는 이른바 선구자 인자 형태의 포장 풀기 분자가 알려지지 않았다.

▲ 수정 후 발달중인 배아의 첫 번째 세포 분열이 발생한다. 그러나 이것이 일어나기 위해서는 첫 번째 유전자를 읽어야 한다. © frentusha/ 게티 이미지

핵심 분자 발견

MPI for Biochemistry의 첫 번째 저자인 요한나 가슬러(Johanna Gassler)와 그녀의 동료들은 이제 이 질문에 답했다. 연구를 위해, 그들은 먼저 수정란 세포에서 배아로 이행하는 동안 어떤 전사 인자가 활성화되고 이를 위해 어떤 유전자가 노출되고 전사되는지 생쥐에서 분석했다. Gassler의 동료인 Imre Gáspár는 "우리는 초기 단계에서 생성된 mRNA 분자에 대한 공통 서열 패턴을 검색했고 여러 서열 모티프를 찾을 수 있었다"고 설명했다.

더 자세한 분석을 통해 하나의 분자가 특별한 역할을 한다는 것이 밝혀졌다: 개척자 인자 Nr5a2이다. 연구원들은 "이는 2세포 단계에서 게놈 활성화의 핵심이며 배아가 이 단계를 넘어 발달할 수 있도록 필요하다"고 설명했다. 분명히 발달 중인 배아는 모체의 난자 세포로부터 이 선구적인 요소를 점프 스타트로 얻는다.

Nr5a2가 없으면 진행되지 않는다.

배아 발달의 모든 추가 단계는 이 핵심 요소인 Nr5a2로만 시작할 수 있다. "우리 실험에서 Nr5a2가 차단되면 초기 배아 mRNA 분자의 대부분이 더 이상 생성되지 않는다는 것을 보여줄 수 있었다. 또한 배아의 추가 발달이 억제된다”고 Gassler는 설명한다. "이것은 Nr5a2가 배아 발달의 초기 단계에서 중심적인 역할을 한다는 것을 보여준다.”

팀은 또한 이 선구자 인자가 어떻게 이것을 하는지 명확히 할 수 있었다. "우리는 Nr5a2가 비활성 DNA 영역을 열어 후속 전사 과정에 접근할 수 있게 한다는 것을 실험적으로 보여주었다"고 Gassler는 보고했다. 분자는 DNA의 염색질 외피에 도킹하고 이 지점에서 배아 게놈의 포장 풀기와 읽기를 시작한다. 이것은 차례로 추가 전사 인자를 방출하여 추가 읽기를 조절한다.

생명의 시작에 대한 중요한 통찰

"Nr5a2가 게놈 성장의 핵심 요소라는 발견은 생명의 시작에 대한 메카니즘을 이해하는 데 중요한 단계다"고 MPI of Biochemistry의 수석 저자 Kikuë Tachibana는 말했다. "그러나 아직 확인되지 않은 다른 기여 요인이 있어야 한다는 것도 분명하다.”
(Science, 2022; doi:10.1126/science.abn7478)
출처: Science, 막스 플랑크 생화학 연구소

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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