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후성유전의 개요

Overview

유전학 연구의 초기 부터, 과학자들은 DNA의 뉴클레오티드 서열의 차이로 인한 것이 아니라 특정 유전적 현상적 차이를 지적했습니다. 현재 의 증거는 이러한 "후성 유전학"현상이 메틸 그룹과 DNA 사이토신 기지의 수정, 히스톤 단백질에 다양한 화학 그룹의 추가, 비 단백질 코딩 RNA와의 상호 작용을 통해 특정 DNA 부위에 단백질 인자의 모집을 포함하여 여러 메커니즘에 의해 제어 될 수 있음을 시사한다.

이 비디오에서 JoVE는 X 염색체 불활성화 (XCI)와 같은 후성 유전학에서 중요한 발견의 역사를 제시하며, 전체 X 염색체가 여성 포유류의 세포에서 침묵하는 현상을 제시합니다. 필드에 있는 중요한 질문 및 방법은 다른 후성 유전학 수정과 관련되었던 DNA 순서를 확인하는 기술을 포함하여 검토됩니다. 마지막으로, 우리는 연구원이 유전자 기능의 후성 유전학 적 조절을 더 잘 이해하기 위해 현재 이 기술을 어떻게 사용하고 있는지 토론합니다.

Procedure

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그 정의가 높게 논쟁되는 후성 유전학의 필드는, DNA 순서 변경에 의해 설명될 수 없는 유전자 기능에 있는 유전성 다름의 연구 결과 광범위하게 말합니다. 용어 "후성 유전학"은 1950 년대에 Conrad Waddington에 의해 처음 소개되었으며, 신체의 다양한 세포 유형이 유전 물질의 한 세트에서 어떻게 발생할 수 있는지 설명합니다. 연구원은 후성 유전학 기초가 있는 것을 생각되는 많은 프로세스를 확인했습니다, 그러나 필드의 많은 근본적인 원리에 관하여 아직도 중요한 토론이 있습니다.

이 비디오에서, 우리는 후성 유전학에 있는 중요한 발견, 후성 유전학자에 의해 토론되는 중요한 질문, 이 질문에 대답하기 위하여 이용된 일반적인 공구, 그리고 마지막으로, 필드에 있는 몇몇 현재 연구를 강조할 것입니다.

첫째, 후성 유전학의 역사에서 몇 가지 중요한 순간을 검토 해 봅시다.

1930년대에 헤르만 제이 뮬러는 드로소필라에서 위치 효과 변이로 알려진 현상을 관찰했다. 그는 돌연변이파리를 얼룩덜룩한 눈으로 발견하고, 이 표현형을 눈 색깔에 대한 책임이 있는 유전자를 침묵시키는 응축된 "이종로마타틴"의 가변적인 확산과 연결시켰습니다. 이것은 유전 순서에 대응하는 변경 없이 현상 변경이 관찰된 첫번째 확인된 "후성 유전학" 현상일 것입니다.

1959년, 오노 스스무는 암컷 쥐 간 세포에서 두 개의 X 염색체 중 하나가 응축되었다는 것을 관찰하였다. 2 년 후, 메리 리옹은이 응축 된 X 염색체가 유전적으로 불활성화되어 있으며 X 염색체가 비활성화되는 선택은 무작위이며,이 불활성화는 세포의 자손에 의해 안정적으로 상속된다는 가설을 만들었습니다. 이 과정, 지금 X 염색체 불활성화 또는 XCI에게 불린, 암컷은 생물학 모자이크인 원인이 됩니다.

1964년, 알프레드 미르스키는 유전자 조절에 있는 히스톤 수정의 역할에 대한 초기 작업을 발표했습니다. 히스톤은 진핵 세포에서 크로마틴의 기본 반복 단위인 뉴클레오좀의 핵심을 형성한다. Mirsky는 히스톤의 메틸화 와 아세틸화가 RNA 합성에 어떻게 영향을 미치는지 연구했으며, 지금은 수많은 수정으로 인근 염색체 부위의 "활동 상태"를 변경하는 것으로 알려져 있습니다.

1975년, 로빈 홀리데이와 그의 학생 존 푸, 그리고 독립적으로 아서 릭스는 XCI 동안 DNA에 있는 CpG dinucleotides의 메틸화가 안정한 후생유전학 침묵에 관여할 지도 모른다는 것을 건의했습니다. 아드리안 버드와 동료는 나중에 전사 활성 프로모터와 연관된 게놈 전체에 걸쳐 미완성 CpG 사이트의 클러스터를 식별하여 1985 년에이 아이디어에 더 신빙성을 빌려. 그는 나중에 메틸화 된 DNA를 결합하는 규제 단백질을 발견할 것이고, 결국 전사를 억압했습니다.

1984년, 다보르 솔터, 아짐 수라니 등은 핵 이식 실험을 통해 생성된 모계 또는 친자 유전 물질만 함유된 마우스 배아가 정상적으로 발달하지 못했다는 것을 관찰했습니다. 이것은 게놈 각인의 발견, 또는 기원의 부모 특정 유전자 발현을 표시했습니다.

첫 번째 각인 된 유전자는 1991 년에 발견되었으며, 아버지 나 어머니로부터 상속 된 사본만 발현되었습니다. 이 유전자 의 한개, H19는, 오히려 특이한 것으로 밝혀졌습니다 - 그것의 최종 제품은 단백질로 번역되지 않는 2.3 kilobase RNA입니다.

이러한 "긴 비코딩 RNA" 또는 lncRNAs의 더 많은 곧 발견 되었다, Xist를 포함 하 여, XCI 동안 X 염색체를 종료 하는 데 필요한. 현재 증거는 이러한 RNA가 규제 요인을 모집하기 위해 발판으로 작동 할 수 있음을 시사한다. 오늘, 연구원은 lncRNAs 사이 상호 작용, DNA 메틸화 및 히스톤 수정이 후성 유전학 프로세스를 통제하는 방법을 계속 운동합니다.

이제 후성유전학자들이 묻는 몇 가지 질문을 살펴보겠습니다.

가장 기본적인 수준에서 과학자들은 여전히 히스톤 수정 및 DNA 메틸화와 같은 후성 유전학 적 자국이 생성, 제거 및 해석되는 메커니즘을 적극적으로 연구하고 있습니다. 연구원은 이 기능을 수행하는 효소를 특징으로 하는 것을 계속합니다, 뿐만 아니라 마크가 유전자 발현을 활성화하거나 억압하기 위하여 전사 기계와 상호 작용하는 방법.

발생하는 더 깊은 질문은 DNA의 정보가 단백질 서열로 변환되는 방법을 지시하는 잘 정의 된 "유전 코드"와 유사한 "후성 유전학 코드"가 존재하는지 여부입니다. 연구원은 후성 유전학 마크의 조합이 언젠가 모든 유전자의 발현 패턴을 추론할 수 있게 할 유사한 예측 코드를 형성하는지 결정하기 위하여 노력하고 있습니다.

최근 과학자들은 lncRNAs의 생물학적 역할에 관심이 있습니다. 지배적 인 모델은 lncRNAs가 특정 게놈 위치에 후성 유전학 적 요인을 모집하는 데 도움이되는 반면, 정확한 메커니즘, 모든 lncRNAs가 유사하게 작동하는지 여부는 여전히 연구되고 있습니다.

마지막으로, 후성 유전학 마크는 단순히 DNA와 함께 복제되지 않는 화학 "추가 기능"이기 때문에, 과학자들은 여전히 마크가 세포 세대를 통해 계속하는 방법을 배우려고 노력하고 있습니다. 더욱 논란이 되는 것은 특정 후생유전학 적 과정의 잠재적인 세대 간 상속입니다. 후성 유전학 마크가 극적으로 지워지거나 배아 발생 초기에 "다시 프로그램"되어, 그리고 gamete 형성 도중, 어떻게 그리고 이 트랜스 세대 현상이 실제로 발생하는지 여부는 뜨겁게 논쟁하고 있습니다.

이제 후성 유전학 의 연구에서 사용되는 몇 가지 도구를 살펴 보자.

DNA 메틸화는 비설핏 분석에 의해 가장 일반적으로 검출되며, 메틸화된 시토신 잔류물을 우라실로 변경하는 과정으로, 시퀀싱 반응에서 티민으로 검출됩니다. 양성술피테 치료 전후의 서열을 비교하면 연구자들은 메틸화된 DNA의 위치를 식별할 수 있습니다. DNA 메틸화 상태를 분석하는 또 다른 방법은 메틸화에 민감한 제한 효소로 DNA를 소화하는 것입니다.

면역 침전, 또는 풀다운 기술은 특정 특징과 관련된 DNA 또는 RNA 서열을 식별하는 데 사용됩니다. 크로마틴 면역 침전물 또는 ChIP는 특정 단백질 인자 또는 히스톤 수정에 의해 결합된 DNA를 분리하며, 그 서열 정보는 PCR 또는 시퀀싱에 의해 분석될 수 있습니다.

한편, 메틸화된 DNA 면역침전, 또는 MeDIP는 메틸화된 DNA를 분리하고 풍부하게 하는 데 사용됩니다. RNA 면역 침전, 또는 RIP, 및 CHIRP에 의한 크로마틴 절연은 비코딩 RNA 또는 그 게놈 결합 위치의 단백질 파트너를 각각 결정할 수 있다.

기반 기술. 이 실험에서, Xist RNA를 위한 시투 혼성화에 있는 형광은 알려진 히스톤 수정에 대하여 면역 형광과 결합되었다. 그런 다음 lncRNA와 히스톤 마크는 가능한 기능적 관계를 드러내기 위해 "공동 지역화"될 수 있습니다.

당신은 후성 유전학의 JoVE의 개요를 보았다. 이 비디오에서, 우리는 후성 유전학 분야의 역사, 필드의 눈에 띄는 질문과 도구의 일부, 후성 유전학 연구의 특정 예를 보았다. 언제나처럼, 시청주셔서 감사합니다!

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