DNA의 발현과 환경에 의한 발현의 조절


유전 정보 자체는 원래 인간이 부모로부터 물려받은 것으로 인간의 몸과 마음을 표현하는 뇌 구조를 만듭니다. 따라서 유전정보 속의 유전자는 인간을 살아있는 유기체로 유지하는 근본적인 생명현상 외에도 인간의 마음이 배우고 기억하고 모방하고 각인시키고 문화를 흡수하고 본능을 표현하는 데 필수적입니다. 유전자 정보의 발현이 환경에 의해 조절된다는 것을 설명하는 두 가지 방법이 있습니다.

유전자 나선모양 이미지


첫째, 모든 유전자는 프로모터라고 불리는 스위치를 앞에 두고 있는데, 이것은 각 유전자가 언제, 어디서, 얼마나, 얼마나 발현되는지를 조절합니다. 따라서 이러한 자연 유전자가 어떻게 켜지고 꺼지는지는 프로모터인 스위치에 따라 달라지는데, 이 스위치는 다양한 환경 영향에 대응하여 조절되기 때문에 동일한 유전자, 즉 자연은 환경에 의해 다양한 다양성으로 발현되고 재구성될 수 있습니다. 즉,
매트 리들리의 말을 빌리자면, 유전자는 생명체가 환경에 반응하는 민감성의 축이자 생명체가 환경에 유연하게 적응하는 수단으로 작용합니다.

둘째, 요즘 생명과학계에서 말하는 환경에 의한 유전자 발현을 조절하는 방법은 세포에 존재하는 DNA의 패킹을 조절하는 것인데, 패킹의 변화로 인해 여러 유전자를 포함하는 광범위한 DNA 구조가 개방되거나 발현되지 않도록 DNA가 폐쇄될 수 있습니다, 이러한 패킹은 외부 환경에 의해 민감하게 제어됩니다.
7장에서는 직경 100 마이크로미터의 각 세포가 2미터의 DNA를 포함하고 있다고 설명합니다. 이렇게 작은 공간에 긴 DNA가 있기 때문에, 세포에 존재하는 DNA는 실 형태로 포장되어야 합니다.

최근 생명과학을 연구하는 학자들의 가장 중요한 관심사는 DNA가 핵 안에 어떻게 채워져 있는지, 외부 환경에 의해 DNA의 포장 방식이 어떻게 바뀌거나 다음 세대에 전달되는지입니다. 예를 들어 역사적으로 기근이 오래 지속된 지역에서 기근에서 살아남은 조상의 후손들의 DNA가 포장을 바꾸고 유전자의 발현이 기근에서 살아남을 수 있는 방식으로 조절돼 후손들에게 정보가 전달되는 것으로 알려져 있습니다. 동일한 DNA와 그 안에 들어 있는 유전자 정보가 같지만 포장 방법에 따라 얼마나 성능을 발휘하느냐에 따라 발현과 기능을 발휘할 수 있는지 여부가 달라지기 때문입니다.

이 연구 분야는 후생유전학이라고 불리는데, 이것은 “유전학 위의 연구”를 의미합니다 이는 DNA 염기서열 자체가 다음 세대에 전해지는 기존 유전학을 넘어 유전 정보인 DNA 염기서열 자체를 바꿔 다음 세대에 전해질 수 있는 변화를 총칭하는 말입니다. DNA 자체를 바꾸지 않고 DNA의 발현을 조절하는 방법은 DNA의 세포 내 패킹을 바꾸는 것입니다. 현재까지 DNA의 패킹을 조절하는 가장 잘 알려진 방법은 DNA 서열에서 사이토신(C)에 메틸기로 작용하고 DNA를 핵에 싸지 못하는 히스톤 단백질에 아세틸기를 제거하거나 부착하는 것입니다.

메틸기가 DNA의 사이토신에 부착되거나 히스톤의 아세틸기가 제거되면 DNA는 더 강하게 포장되고 DNA 부분의 유전자는 발현되지 않습니다. 하지만 세포가 복제될 때 이 포장 정보가 어떻게 딸 세포에 그대로 전달될 수 있을까요? 보통 정자와 달걀을 만드는 과정에서 이 모든 포장 정보가 비워지지만, 어떤 경우에는 DNA 포장을 조절하기 위한 스위치 정보로 무엇이 사용되는지에 대한 질문에 대한 답이 아직 잘 알려져 있지 않습니다. 현재 분명한 것은 DNA 패킹이 세포 안팎의 환경 변화에 민감하게 반응함으로써 유전자 발현을 조절할 수 있다는 것입니다.

이 후생유전학은 우리가 DNA, 즉 선천적인 본성에 의해서만 결정되는 것이 아니라 선천적인 DNA, 즉 양육을 표현하는 환경에 의해서도 결정된다는 것을 보여줍니다. 후생유전학이 역사적으로 논란이 됐던 인간의 ‘본성과 양육’ 논란을 과학적으로 직접적으로 연결하고 있음을 알 수 있습니다. 많은 과학자들은 “인간을 결정하는 것이 자연인지 양육인지”에 대한 인류의 오래된 질문에 대한 답을 찾는 열쇠로 일란성 쌍둥이에 관심을 가지고 있습니다 일란성 쌍둥이는 유전자 정보가 같아 출생 후 다른 곳에 입양돼 다른 환경에서 자란 쌍둥이를 비교하면 지능, 질병, 성격 등 인간을 결정하는 주요 요인을 알 수 있습니다.

일란성 쌍둥이에서 관찰된 차이는 또한 어떤 유전자가 발현되고 얼마나 발현되는지가 같은 유전자 정보로도 환경에 의해 조절될 수 있는 최근의 후생유전학의 좋은 예를 제공합니다. 후생유전학이라는 용어는 1942년 영국 에든버러 대학의 교수인 콘래드 웨딩턴에 의해 처음 만들어졌고 전능한 배아 세포가 발달하는 동안 동일한 유전 정보를 가지고 있다는 것을 설명하기 위해 사용되었습니다

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