13.5:

13.5: Multi-species Conserved 염기서열

Multi-species Conserved Sequences

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Molecular Biology

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Multi-species Conserved Sequences

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13.4: Synteny and Evolution

13.6: Gene Duplication and Divergence

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02:51 min

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April 07, 2021

Overview

차세대 염기서열분석 기술은 다양한 동식물에 대한 대규모 게놈 데이터베이스를 구축했습니다. 인간 게놈 프로젝트가 완료된 이래로 과학자들은 영장류, 포유류 및 기타 계통 발생학적으로 멀리 떨어진 생명체의 게놈을 연구했습니다. 이러한 대규모 연구는 유기체 간의 진화적 관계에 대한 새로운 통찰력을 제공했습니다.

각 종의 게놈은 서로 크게 다르지만 몇 가지 염기서열은 많이 보존되어 있습니다. 둘 이상의 종 간의 이러한 보존된 DNA 염기서열은 집합적으로 “다종 보존 염기서열”로 알려져 있습니다. 이러한 염기서열은 돌연변이가 발생할 가능성이 적고 오랜 기간 동안 대부분 변하지 않은 상태로 남아 있습니다. 예를 들어, 낭포성 섬유증(cystic fibrosis) 유전자의 엑손(exon)과 3개의 인트론(intronic) 영역은 인간과 침팬지, 오랑우탄과 같은 고등 유인원 사이에서 고도로 보존되어 있습니다.

대부분의 다중 보존 염기서열은 단백질을 암호화하지 않습니다; 대신, 그들은 긴 non-coding RNA로 전사되거나 전혀 전사되지 않습니다. 합성된 RNA 요소는 유전자 발현의 후성유전학적 조절, pre-mRNA 처리, 대체 접합, 성숙 및 안정성에 관여할 수 있습니다. 전사되지 않은 염기서열을 CNG(Conserved Non-Genic Sequences)라고 합니다. 인간-마우스 게놈 비교를 통해 인간 게놈에서 약 327,000개의 CNG가 밝혀졌습니다. 그 중 65%는 유전자 간 영역이고 35%는 인트론입니다.

인간 게놈의 초보존 염기서열

초보존 염기서열(Ultraconserved sequences)은 수백만 년 동안 거의 또는 전혀 변화를 겪지 않은 DNA 염기서열이다. 많은 초보존 염기서열은 전사 인자(transcription factor)와 발달 유전자 유전자좌(developmental genes loci) 근처의 클러스터에 집중되어 있습니다.

게다가, 보편적으로 보존된 유전자가 있습니다. 이 유전자들은 생명에 매우 근본적이기 때문에 박테리아에서 포유류에 이르기까지 바로 보존되어 있습니다. 예를 들어 RNA 중합효소, 헬리케이스, GTP 결합 신장 인자 및 ABC 수송체가 있습니다.

Transcript

많은 다른 종 간에 보존되는 뉴클레오티드 서열을 다종 보존 서열(multi-species conserved sequence)이라고 합니다.

예를 들어, 인간, 쥐 및 생쥐 사이에는 수천 개의 DNA 분절이 있으며, 이 세 종이 공통 포유류 조상에서 갈라진 이래로 변하지 않았습니다.

이러한 보존된 염기서열 중 소수는 RNA 또는 단백질을 암호화하지만, 대다수는 보존된 비유전자 염기서열 또는 CNG라고도 하는 비암호화 DNA 염기서열입니다. 예를 들어, 보존된 인간 및 마우스 게놈 염기서열 중 1/3만이 기능적 전사체를 생성하고 나머지 2/3는 CNG입니다.

CNG는 길이가 약 50-200개의 뉴클레오티드이며 게놈의 유전자 간 영역, 유전자 내 인트론 또는 RNA 전사체의 번역되지 않은 영역에서 발견될 수 있습니다.

이러한 염기서열 중 일부는 계통에 걸쳐 극도로 보존되어 있으므로 초보존 염기서열이라고 합니다. 인간, 쥐 및 생쥐 게놈 사이에는 5000개 이상의 초보존 염기서열이 있으며, 각 게놈의 길이는 약 100개입니다.

혈통에 걸쳐 수백만 년에 걸쳐 염기서열이 보존되어 있다는 것은 여러 종의 보존된 염기서열이 생존에 결정적임에 틀림없다는 것을 나타낸다. 그러나 대부분의 보존된 염기서열은 단백질을 암호화하지 않기 때문에 그 기능은 여전히 미스터리로 남아 있습니다.

이러한 보존된 서열은 다음과 같은 몇 가지 기능을 갖는 것으로 추측됩니다. 첫째, 이러한 염기서열은 전사 기계에 결합하고 유전자 발현 수준을 제어하는 인핸서 또는 소음기로 작용할 수 있습니다.

둘째, 보존된 염기서열은 mRNA 전 성숙 및 안정성을 조절하는 긴 비암호화 RNA로 전사될 수 있습니다.

셋째, 이러한 염기서열은 염색체 간의 기능적 상호작용을 가능하게 하고 핵 내에서 뚜렷한 유전자 발현 패턴을 가진 염색체 영역을 정의하는 데 도움이 될 수 있습니다.
여러 종의 보존 염기서열에서 드문 돌연변이는 일반적으로 새로운 종의 진화에 중요한 단계를 나타냅니다.

예를 들어, 영장류 게놈은 신경 발달 유전자 근처에서 고도로 보존된 특정 염기서열을 포함합니다. 약 600만 년 전, 이 보존된 염기서열은 이례적인 속도로 뉴클레오티드 변화를 겪었고 이는 인간 혈통의 진화로 이어졌습니다.

인간 가속 영역(Human Accelerated Regions, HAR)이라고 불리는 이 영역은 뇌 발달과 인지 기능 향상의 중요한 단계에 관여합니다.

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