뉴스 | 코넬대 연구팀, 차세대 시퀀싱으로 전이인자가 이동하며 게놈을 재구성하는 방식 밝혀
코넬대학교 연구진은 염색질 연구를 위해 처음 사용된 고해상도 게놈 매핑 방법인 CUT&Tag가 반복 서열에 대한 기존 시퀀싱의 편향을 극복할 수 있다고 보고했습니다. 이 방법은 전이인자가 게놈 내에서 어떻게 이동하고, 위치하며, 기능하는지를 전례 없이 명확하게 보여 줍니다. 한때 ‘정크 DNA’로 치부됐던 이 유전 요소들은 이제 면역 반응, 신경 기능, 배아 발달 및 진화의 중요한 참여자로 인정받고 있습니다.
이 연구는 십일월 21일 iScience에 게재됐습니다. 교신저자인 코넬대학교 농업생명과학대학 분자생물학·유전학 부교수 패트릭 머피(Ph.D. ’13)는 이 기술이 전이인자가 집중된, 시료 준비 과정에서 기존에 버려지던 고형 게놈 물질을 정확하게 포착한다고 말했습니다.
‘정크 DNA’는 쓰레기가 아니라 생물학적 기능에 깊이 관여하는 고대 바이러스의 흔적
전이인자는 노벨상 수상자인 바버라 매클린톡이 옥수수에서 처음 발견했습니다. 이들은 고대 바이러스 감염에서 유래했습니다. 바이러스 DNA가 숙주의 생식세포에 들어가면 세대를 거쳐 유전되고 점차 게놈에 편입될 수 있습니다. 머피는 “이 고대 바이러스 DNA 서열은 더 이상 비활성 잔재가 아니라 우리가 기능하도록 돕는 핵심 구성 요소가 됐다”고 말했습니다.
사람에서 전이인자의 ‘점프’는 혈우병과 일부 암을 비롯한 질환에 기여할 수 있는 돌연변이를 일으키거나, 현대의 감염으로부터 보호할 수 있습니다. 특정 전이인자는 배아 발달의 가장 이른 단계에 활성화되며 줄기세포 형성과 태반 발달에서 핵심 역할을 해 포유류 진화를 이끄는 데 기여합니다.
전이인자는 인간 게놈의 절반을 차지하지만, 그 기능의 상당 부분은 아직 알려지지 않았습니다. 기존 시퀀싱은 세포를 용해하고 고형상과 액체상을 분리합니다. 수십 년간 연구자들은 주로 액체상의 DNA를 연구했으며, 적절한 방법이 없어 전이인자가 풍부한 고형 분획은 간과됐습니다. 이는 ‘정크 DNA’라는 명칭이 붙는 데 영향을 주었습니다.
머피는 “버려진 고형 분획이 실제로는 대부분의 전이인자가 위치한 곳임을 발견했다”고 말했습니다.
CUT&Tag, 간과된 게놈 절반에 목소리를 부여하다
CUT&Tag는 염색질 구조 연구를 위해 2019년에 도입됐습니다. 코넬대 연구팀은 이 방법이 ChIP 등 기존 방법과 관련된 편향을 피하면서 반복 서열과 복잡한 구조가 풍부한 전이인자 영역에서도 작동함을 보였습니다. 이 성과는 폭넓은 학제 간 활용 가능성을 지닙니다.
일부 암 치료 전략은 게놈의 전이인자를 활성화해 종양세포에 대한 면역 공격을 유발합니다. 이러한 기전을 더 잘 이해하면 더욱 정밀한 표적 치료를 지원할 수 있습니다. 머피는 “향후 오 년에서 십 년 동안 전이인자 연구의 황금기에 접어들 것이며, 임상 치료, 난임의학, 발생 연구, 농업 육종, 미생물학 및 종분화에 광범위한 잠재적 영향을 미칠 것”이라고 전망했습니다.
기관 간 협력으로 연구 진전
제일 저자인 브랜던 파크는 머피가 로체스터대학교 교수였을 때 머피 연구실에 합류했습니다. 다른 저자로는 코넬대학교 수의과대학 선임연구원 크리스틴 머피(Ph.D. ’13), 박사후연구원 산 화, 연구원 칼리 캐슬러, 로체스터대학교 미첼 오코널 연구실의 협력 연구자들이 포함됐습니다. 이 연구는 미국 국립보건원(NIH)의 지원을 받았습니다.
뉴스 | 코넬 연구팀, 차세대 염기서열 분석으로 트랜스포존의 이동과 유전체 재구성 과정 밝혀
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이 연구는 십일월 21일 iScience에 게재됐습니다. 교신저자인 코넬대학교 농업생명과학대학 분자생물학·유전학 부교수 패트릭 머피(Ph.D. ’13)는 이 기술이 전이인자가 집중된, 시료 준비 과정에서 기존에 버려지던 고형 게놈 물질을 정확하게 포착한다고 말했습니다.
‘정크 DNA’는 쓰레기가 아니라 생물학적 기능에 깊이 관여하는 고대 바이러스의 흔적
전이인자는 노벨상 수상자인 바버라 매클린톡이 옥수수에서 처음 발견했습니다. 이들은 고대 바이러스 감염에서 유래했습니다. 바이러스 DNA가 숙주의 생식세포에 들어가면 세대를 거쳐 유전되고 점차 게놈에 편입될 수 있습니다. 머피는 “이 고대 바이러스 DNA 서열은 더 이상 비활성 잔재가 아니라 우리가 기능하도록 돕는 핵심 구성 요소가 됐다”고 말했습니다.
사람에서 전이인자의 ‘점프’는 혈우병과 일부 암을 비롯한 질환에 기여할 수 있는 돌연변이를 일으키거나, 현대의 감염으로부터 보호할 수 있습니다. 특정 전이인자는 배아 발달의 가장 이른 단계에 활성화되며 줄기세포 형성과 태반 발달에서 핵심 역할을 해 포유류 진화를 이끄는 데 기여합니다.
전이인자는 인간 게놈의 절반을 차지하지만, 그 기능의 상당 부분은 아직 알려지지 않았습니다. 기존 시퀀싱은 세포를 용해하고 고형상과 액체상을 분리합니다. 수십 년간 연구자들은 주로 액체상의 DNA를 연구했으며, 적절한 방법이 없어 전이인자가 풍부한 고형 분획은 간과됐습니다. 이는 ‘정크 DNA’라는 명칭이 붙는 데 영향을 주었습니다.
머피는 “버려진 고형 분획이 실제로는 대부분의 전이인자가 위치한 곳임을 발견했다”고 말했습니다.
CUT&Tag, 간과된 게놈 절반에 목소리를 부여하다
CUT&Tag는 염색질 구조 연구를 위해 2019년에 도입됐습니다. 코넬대 연구팀은 이 방법이 ChIP 등 기존 방법과 관련된 편향을 피하면서 반복 서열과 복잡한 구조가 풍부한 전이인자 영역에서도 작동함을 보였습니다. 이 성과는 폭넓은 학제 간 활용 가능성을 지닙니다.
일부 암 치료 전략은 게놈의 전이인자를 활성화해 종양세포에 대한 면역 공격을 유발합니다. 이러한 기전을 더 잘 이해하면 더욱 정밀한 표적 치료를 지원할 수 있습니다. 머피는 “향후 오 년에서 십 년 동안 전이인자 연구의 황금기에 접어들 것이며, 임상 치료, 난임의학, 발생 연구, 농업 육종, 미생물학 및 종분화에 광범위한 잠재적 영향을 미칠 것”이라고 전망했습니다.
기관 간 협력으로 연구 진전
제일 저자인 브랜던 파크는 머피가 로체스터대학교 교수였을 때 머피 연구실에 합류했습니다. 다른 저자로는 코넬대학교 수의과대학 선임연구원 크리스틴 머피(Ph.D. ’13), 박사후연구원 산 화, 연구원 칼리 캐슬러, 로체스터대학교 미첼 오코널 연구실의 협력 연구자들이 포함됐습니다. 이 연구는 미국 국립보건원(NIH)의 지원을 받았습니다.
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