염색체의 기본 구조
염색체와 DNA가 다른 것이 아니고, DNA가 히스톤 단백질을 감싸서 꼬아지고 압축되어 만들어진 것이 염색체(chromosome)이라는 설명을 DNA에 대한 이전 포스팅에서 소개해 드린 바 있습니다. 여기에서는 보다 자세하게 어떠한 구조로 꼬이고 압축되는 과정을 거치는지 설명해 드리고자 합니다. 우선 대부분의 진핵세포가 갖고있는 히스톤 단백질은 총 5개 입니다. H1, H2A, H2B, H3 그리고 H4입니다. 그래서 이 히스톤이 8개가 붙은 octamer를 DNA가 감싼 구조를 뉴클레오솜(Nucleosome)이라고 부르게 됩니다. 이 과정을 통해 약 6배가량 압축이 일어나는 것입니다. 다음으로는 이렇게 생성된 뉴클레오솜 사슬이 폴딩이 일어나면서 30nm fiber를 만들게 됩니다. 이 과정에서도 약 6-7배의 압축이 일어나게 됩니다. 30nm fiber는 세포가 휴지기 상태에 있을 때 핵 속에 많이 존재합니다. 그런데 우리가 일반적으로 알고있는 chromosome의 압축된 형태가 되려면 좀 더 압축이 되어야 합니다.
염색체의 효율성
염색체의 효율성은 위에서 설명한 것과 같이 꼬이고 압축되는 과정을 거치면서 부피를 상당히 줄여놓은 것에 있습니다. 사람의 DNA를 펼쳐 놓으면 약 2m가량 되는데 이것을 지름이 10micro-meter에 지나지 않는 핵 속에 집어넣어야 하니 엄청나게 체계적으로 압축시켜 놓은 것입니다. 또 다른 효율성은 histone에서 일어나는 modification에 있습니다. Histone 단백질은 여러 modification이 일어나는데 예를 들면 acetylation이나 deacetylation, methylation이나 demethylation 등이 있습니다. Acetylation/deacetylation은 acetyl기를 붙이거나 떨어뜨리면서 활성화를 조절하는 것입니다. Methylation/demethylation도 역시 methyl기를 붙이거나 떨어뜨리면서 활성화를 조절하는 단계입니다. Acetylation이나 Methylation을 담당하는 단백질들은 '-transferase'라는 이름을 붙여서 사용합니다. Acetyl기를 붙여주는 것이라면 acetyltransferase와 같이 말입니다. Acetyl기나 Methyl기를 떨어뜨리는 단백질은 'De-ase'를 붙여서 명명합니다. Deacetylase 등으로 말입니다. 대표적으로 잘 알려진 Histone deacetylase는 HDAC이라는 단백질이 있는데 여러 종류가 family로 존재해서 class로 구분하여 명명되어 있습니다.
HDAC에 대해서는 이후 단백질의 번역 후 post-translational modification에 대한 포스팅에 이어서 다시 설명하도록 하겠습니다. Acetylation이나 Methylation이 히스톤에서만 일어나는 것이 아니고 일반 번역(Translation)이 끝난 단백질에서도 일어나기 때문입니다. 이 또한 효율적인 측면에서 나오는 개념입니다. 만약 단백질이 상황에 따라 조금 다른 기능을 해야하는데 다시 DNA로부터 transcription을 시킨 다음 mRNA를 만들어서 translation을 거쳐 새로 조금 다른 형태의 단백질을 만드는 시간이 오래걸리기 때문에 우리 생체 시스템은 조금 다른 루트를 따라갑니다. 그것이 이미 만들어진 단백질을 post-translational (Translation이 된 이후(post) 단계) modification 하여 한개의 단백질로 On/Off 기능을 하거나 하는 등 스위치 같은 역할을 하게 됩니다. 이러한 것을 연구하는 학문을 epigenetics라고 부르며 한국어로는 후성유전학이라고 합니다. 후성유전학을 연구하는 연구자는 거의 분자생물학 실험의 최고 스킬을 구사할 능력이 있다고 봅니다. 그만큼 어렵고 섬세한 실험들이기 때문에 만약 후성유전학을 전공하고 계신 연구자들이라면 자부심을 갖고 연구하시면 좋겠습니다.
댓글