서울대학교 자연과학대학 화학부 서필준 교수팀(제1저자 이홍우 연구원)이 '식물 유전체 3차원 구조의 기본 폴딩 단위 규명' 연구성과를 발표했다.

3차원 유전체 구조(3D genome)는 유전자 발현 조절의 핵심 요소로서 최근 많은 연구가 이루어지고 있는 분야이다.

유전체 3차 구조의 핵심 단위로 알려진 topologically associating domain (TAD)는 CTCF와 cohesin 복합체에 의해서 형성된다는 사실이 동물 모델을 중심으로 밝혀졌지만, 식물을 비롯한 일부 생물종에서는 TAD가 존재하지 않아 3차원 유전체 구조의 기본 단위 및 형성 원리에 대한 본질적인 연구가 필요했다.

이 연구에서는 모델식물 (애기장대) 대상 초고해상도 Hi-C 데이터를 활용해 지금까지 불가능했던 최고 해상도 분석(단일 제한효소 절편 수준)을 달성했다. 그리고 이를 통해 기존에 관찰할 수 없었던 아주 작은 단위의 DNA 3차 폴딩구조를 발견했다.

새롭게 발견된 3차원 구조는 유전자를 경계로 형성되고 있었으며, 이러한 구조는 전 식물 종에 걸쳐 광범위하게 보존돼 있다는 사실을 규명했다. 연구진은 발견한 유전자 단위의 3차원 폴딩구조를 유전자 도메인 (gene domain)이라고 명명했다.

유전자 도메인 형성은 다양한 후성유전학적 요인들 가운데 염색질 접근성(chromatin accessibility)과 밀접하게 연관돼있다. 염색질 리모델러(chromatin remodeler)에 의해 유전자 경계 지역의 염색질 접근성이 증가하는 것이 유전자 도메인 형성의 주요 요인임을 증명했다.

추가적으로 염색질 접근성이 높은 지역에 결합한 전사인자(transcription factor)의 결합 빈도가 유전자 도메인 형성에 함께 중요하다는 사실을 규명했다.

유전자 도메인이 기본적으로는 개별 유전자 단위로 형성되지만, 인접한 2-4개 유전자에 걸쳐서 형성되기도 한다. 따라서 개별 유전자를 경계로 계층적 구조(hierarchical structure)를 형성해 더 큰 단위의 3차원 구조를 만들어 낼 수 있음을 확인했다.

또한 염색질 접근성 데이터를 기반으로 유전체 3차원 구조 시뮬레이션을 수행했을 때, 염색질 접근성이 높은 유전자 경계를 기반으로 애기장대 3차원 유전체 구조가 형성되고 있다는 사실을 증명했다.

이 연구는 한국연구재단 중견연구 프로그램의 지원을 받았으며, 해당 분야 저명 국제 학술지 Nucleic Acids Research에 게재됐다.


*에듀진 기사 URL: http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=43600
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