"점핑 유전자"가 인간 결장 게놈을 변경합니다

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한국과학기술원(KAIST)과 공동 연구진이 인간 대장 전체 유전체의 '점핑 유전자'를 표적으로 삼아 획기적인 연구를 진행했다. 2023년 5월 18일 네이처(Nature)에 게재된 이 연구는 이전에 인간 게놈에 대부분 휴면 상태로 존재한다고 생각되었던 점핑 유전자의 일종인 'L1(Long interspersed 핵 요소-1)'의 놀라운 활동을 공개했습니다. 이번 연구는 L1 유전자가 개인의 일생 동안 특히 대장 상피에서 활성화되어 게놈 기능을 방해할 수 있음을 보여줍니다.

인간 게놈의 17%에 달하는 약 50만 개의 L1 점핑 유전자를 갖고 있어 게놈 서열에 '파괴적 혁신'을 도입해 인류 종의 진화에 기여한 공로를 오랫동안 인정받아왔다. 지금까지 대부분의 L1 요소는 현대인의 정상 조직에서 점프하는 능력을 상실한 것으로 여겨졌습니다. 그러나 이번 연구에서는 일부 L1 점핑 유전자가 정상 세포에서 광범위하게 활성화되어 개인의 일생 동안 게놈 돌연변이가 축적될 수 있음이 밝혀졌습니다. L1 점프 및 그에 따른 게놈 변화의 속도는 세포 유형에 따라 다르며, 노화된 결장 상피 세포에서 주목할만한 농도가 관찰됩니다. 이 연구는 모든 결장 상피 세포가 평균 40세까지 L1 점프 이벤트를 경험한다는 것을 보여줍니다.

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공동 제1저자인 남창현(KAIST 대학원생)과 육정환 박사(전 KAIST 대학원생, 서울대병원 임상조교수)가 주도한 이번 연구에서는 전체 게놈 서열을 분석했다. 28명의 개인으로부터 수집한 피부(섬유아세포), 혈액, 대장 상피 조직에서 얻은 899개의 단일 세포. 이번 연구에서는 정상 세포에서 L1 점핑 유전자가 활성화되어 시간이 지남에 따라 게놈 돌연변이가 점진적으로 축적된다는 사실이 밝혀졌습니다. 또한 연구팀은 L1 점핑 유전자 활성화 뒤에 숨은 메커니즘을 이해하기 위해 후성유전학적(DNA 메틸화) 서열을 조사했습니다. 그들은 활성화된 L1 점핑 유전자를 가진 세포가 후생적 불안정성을 나타내는 것을 발견했는데, 이는 L1 점핑 유전자 활동을 조절하는 데 후성적 변화가 중요한 역할을 한다는 것을 암시합니다. 이러한 후생유전학적 불안정성의 대부분은 배아 발생의 초기 단계에서 발생하는 것으로 밝혀졌습니다. 이 연구는 인간 대장 조직의 노화 과정과 질병 발병에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다.

"이 연구는 정상 세포의 게놈 손상이 발암 물질에 대한 노출뿐만 아니라 이전에 그 영향이 불분명했던 내인성 구성 요소의 활동을 통해서도 획득된다는 것을 보여줍니다. 명백히 건강한 노화 세포의 게놈, 특히 대장 상피 세포는 다음으로 인해 모자이크가 됩니다. L1 점핑 유전자의 활동”이라고 KAIST 주영석 교수가 말했다.

서울대학교병원 외과 김민정 교수는 “우리는 임상의학과 기초의학 연구자 간의 필수적이며 지속적인 협력을 강조한다”고 말했다. "이 사례는 인간의 질병 발병의 복잡한 과정을 밝히는 데 임상 환경에서 체계적으로 수집된 인간 조직의 중요한 역할을 강조합니다."

고려대학교 핵의학과 권현우 교수는 “단일세포 유전체 기술 분야에서 연구팀의 진전이 결실을 맺게 돼 기쁘다”며 “단세포 유전체 기술을 선도하기 위해 끊임없이 노력하겠다”고 말했다. 의학.

참고문헌: Nam CH, Youk J, Kim JY, et al. 정상 대장 상피에서 광범위한 체세포 L1 역전위. 자연. 2023;617(7961):540-547. 도이: 10.1038/s41586-023-06046-z