진핵세포의 유전자 발현 조절 방법으로는 methylation(메틸화), histone acetylation(히스톤 아세틸화), enhancer(인핸서)등이 있다. 먼저 methylation을 알아보자.
진핵세포의 DNA에는 cytosine과 guanine이 많은 부위가 있다.(이 둘은 상동염기이므로 DNA의 다른 가닥 또한 C, G가 똑같이 많겠다.) 이 부위를 CG rich 또는 CpG rich라고 부른다. CpG인 이유는 DNA의 결합이 nucleotide diester 결합(인산이 들어가 있음)이기 때문이다. 진핵세포에는 cytosine methylase라는 효소도 있는데 이것이 활성화되면 CpG 부위를 메틸화한다. 메틸화란, 메틸기(CH3)를 붙이는 것을 의미하며 당연히 cytosine에 붙인다.
methylation된 DNA는 응축된다. 응축이라 함은 histone 단백질과 핵산으로 이루어진 nucelosome이 H1단백질을 고정핀처럼 써서 서로 가까워지는 것이다. 참고로, nucleosome은 모서리 길이가 10nm정도 된다. 응축되면 promoter가 감춰지므로 전사가 어려워진다. 따라서 methylation이 된 부위는 전사가 안되는 것으로 이어지고, 탈 메틸화된 부위는 전사가 잘 되는 것으로 이어진다. 유전체 등가성에 따르면 세포를 이루는 모든 유전자는 같다. 따라서 간 세포와 이자 세포의 유전자는 같아야한다. 그러나, insulin(인슐린)은 이자에서, albumin(알부민, 혈장단백질임)은 이자에서 분비된다. 그 이유는 유전자는 같지만, 발현의 차이가 있기 때문이다. 이를테면 이자에서는 albumin유전자는 메틸화되어있고, insulin유전자는 탈 메틸화 되어있다. 또한, 어떤 세포의 메틸화 유무는 그 딸 세포에게도 이어진다. 이자 세포가 세포분열 시 분열된 세포 또한 albumin이 메틸화되는 것이다. epigenetic(후생유전학)인 것이다.
methylation은 양적보상(정량보정)에도 관여한다. 여성은 성 염색체로 X염색체 2개를 갖고, 남성은 X 1개, Y 1개를 갖는다. 그러나, Y염색체는 X에 비해 터무늬없게 작다. 또한 성 염색체에 키, 몸집 등을 결정짓는 유전자가 있으므로 여성은 남성의 2배 가까이 커야할 것만 같다. 하지만, 수정란이 분열하다가 특정 순간에 각 세포마다 두 X염색체 중 어떤 것이 불활성화할지 결정된다. 이는 X염색체에 Xist유전자를 통해 이루어진다. Xist에서 번역되지 않는 긴 mRNA가 전사되면, 이는 X염색체를 감싼다. 또한 이것은 cytosine methylase를 활성화시켜서 해당 X염색체가 메틸화되도록 한다. 따라서 여성은 하나의 X염색체만 활성되고, 메틸화된 X염색체는 바소체라고 부른다. 남성은 X, Y가 활성되어 남성이 몸집 등이 10% 정도 더 큰 것이다. 이것을 양적보상이라 한다. 주의해야할 점은, Xist가 메틸화되면 X염색체는 탈 메틸화 되고, Xist가 탈 메틸화되면 X염색체는 메틸화된다는 점이다. 또한 앞서 말한 바에 따라 분열될 세포는 분열 전 세포의 메틸화 대상을 똑같이 따른다. 단, 문어, 사마귀 등은 양적보상이 이루어지지 않아서 암컷이 더 크며, 심지어는 교배 시 암컷이 수컷을 죽이거나 잡아먹는다.
이는 삼색고양이에게서 발견할 수 있다. 이를테면 두 X염색체 중 하나에는 갈색 털을, 나머지 하나에는 검은색 털을 만드는 유전자가 있다면 갈색 털 유전자를 갖는 X염색체만 발현된 부위는 갈색을, 검은색 털 유전자를 갖는 X만 발현된 부위는 검은색을 띄게 되는 것이다. (참고로, 모든 고양이의 배쪽 털은 흰색이므로 삼색이라고 부르는 것이다.)
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