hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
유전자 패밀리 형성
유전자 패밀리는 조상 유전자의 여러 복제 후 돌연변이와 발산으로 인해 발생했다. 복제는 계통 내에서 발생할 수 있다(예: 인간은 침팬지에서 한 번만 발견되는 유전자의 두 복사본을 가질 수 있음) 또는 종 분화의 결과일 수 있다. 예를 들어, 인간과 침팬지의 조상에 있던 단일 유전자는 이제 두 종 모두에서 발생하며 종 분화를 통해 '복제'된 것으로 생각할 수 있다. 종 분화를 통한 복제의 결과로 유전자 패밀리는 15개의 다른 종 각각에 하나의 복사본이 있는 15개의 유전자를 포함할 수 있다.
유전자 패밀리 형성
유전자 패밀리의 형성에는 네 가지 수준의 중복이 존재한다. 1) 엑손 중복 및 엑손 셔플링, 2) 전체 유전자 중복, 3) 다유전자 패밀리 중복, 4) 전체 게놈 중복. 엑손 중복 및 셔플링은 변이와 새로운 유전자를 발생시킨다. 유전자는 여러 염색체에 걸쳐 슈퍼패밀리를 형성하도록 다유전자 패밀리를 형성하기 위해 중복된다. 전체 게놈 중복은 모든 유전자와 유전자 패밀리의 복사본 수를 두 배로 늘린다. 전체 게놈 중복 또는 배수성은 자가배수성 또는 이배수성일 수 있다. 자가배수성은 동일한 게놈의 중복이며, 이배수성은 두 개의 밀접하게 관련된 게놈 또는 다른 종의 잡종 게놈의 중복이다.
중복은 주로 생식세포의 감수분열에서 불균등 교차 사건을 통해 발생한다. (1,2) 두 염색체가 잘못 정렬될 때, 유전자 대립형질의 교환인 교차는 한 염색체는 유전자 수가 확장되거나 증가하고 다른 염색체는 유전자 수가 수축되거나 감소하는 결과를 낳는다. 유전자 클러스터의 확장은 더 큰 유전자 패밀리로 이어지는 유전자 중복이다.
유전자 패밀리 형성
다유전자 패밀리의 유전자 구성원 또는 슈퍼패밀리 내의 다유전자 패밀리는 조상 유전자의 복제 후 해당 유전자의 재배치로 인해 다른 염색체에 존재한다. 트랜스포존은 유전자 이동에 중요한 역할을 한다. 트랜스포존은 5' 및 3' 말단의 역반복 서열에 의해 인식된다. 두 트랜스포존이 염색체의 동일한 영역에 충분히 가까이 있을 때, 복합 트랜스포존을 형성할 수 있다. 트랜스포사제 단백질은 가장 바깥쪽 역반복 서열을 인식하여 DNA 부분을 절단한다. 두 트랜스포존 사이의 유전자는 복합 트랜스포존이 게놈의 새로운 영역으로 이동함에 따라 재배치된다.
역전사는 유전자 이동의 또 다른 방법이다. 유전자의 mRNA 전사체는 역전사되거나 DNA로 다시 복사된다. mRNA의 이 새로운 DNA 복사본은 게놈의 다른 부분에 통합되어 유전자 패밀리 구성원이 분산된다.
유전자 패밀리 형성
특정 유형의 다유전자 패밀리는 유전자 패밀리 및 유전자 패밀리 구성원의 이동과 관련이 있다. LINE(Long INterspersed Elements) 및 SINE(Short INterspersed Elements) 패밀리는 게놈 전체에 퍼져 있는 고도로 반복적인 DNA 서열이다. LINE은 역전사효소 단백질을 암호화하는 서열을 포함한다. 이 단백질은 LINE 및 SINE의 RNA 전사체를 DNA로 다시 복사하는 것을 돕고, 게놈의 다른 영역에 통합한다. 이는 LINE 및 SINE 패밀리의 성장을 자체적으로 영구화한다. 이러한 요소의 고도로 반복적인 특성 때문에 LINE 및 SINE은 가까이 있을 때 불균등 교차 사건을 유발하여 단일 유전자 중복 및 유전자 패밀리 형성을 초래한다.
아미노산의 치환을 초래하는 비동의 돌연변이는 중복 유전자 복사본에서 증가한다. 중복은 동일한 유전자의 여러 복사본을 생성하여 돌연변이가 용인되는 수준의 중복성을 제공한다. 하나의 기능하는 유전자 복사본이 있으면 다른 복사본은 유기체에 극도로 해롭지 않고 돌연변이를 획득할 수 있다. 돌연변이는 중복 유전자가 새롭거나 다른 기능을 획득하도록 한다.
일부 다유전자 패밀리는 매우 균질하며, 개별 유전자 구성원이 동일하거나 거의 동일한 서열을 공유한다. 유전자 패밀리가 높은 균질성을 유지하는 과정은 협력 진화이다. 협력 진화는 불균등 교차 사건의 반복적인 주기와 유전자 전이 및 전환의 반복적인 주기를 통해 발생한다. 불균등 교차는 유전자 패밀리의 확장 및 수축으로 이어진다. 유전자 패밀리는 자연 선택이 작용하는 최적의 크기 범위를 가진다. 수축은 발산하는 유전자 복사본을 삭제하고 유전자 패밀리가 너무 커지는 것을 방지한다. 확장은 손실된 유전자 복사본을 대체하고 유전자 패밀리가 너무 작아지는 것을 방지한다. 유전자 전이 및 전환의 반복적인 주기는 유전자 패밀리 구성원을 점점 더 유사하게 만든다.
유전자 전이 과정에서 대립 유전자 전환은 편향적이다. 돌연변이 대립 유전자가 균질성으로 유전자 패밀리 내에 퍼지는 과정은 유리한 대립 유전자가 집단 내에서 고정으로 퍼지는 과정과 동일하다. 유전자 전환은 일부 경우 유전적 변이를 생성하는 데도 도움이 된다.
유전자 패밀리 진화
게놈의 정보 저장 계층 구조의 일부인 유전자 패밀리는 다세포 유기체의 진화와 다양성에 큰 역할을 한다. 유전자 패밀리는 큰 정보 단위이자 유전적 가변성이다. 진화적 시간 동안 유전자 패밀리는 복제되고 새로운 유전자로 다양화되는 유전자를 가지면서 확장 및 수축했으며, 유전자가 손실되기도 했다. 전체 유전자 패밀리는 또한 신생 유전자 탄생을 통해 손실되거나 획득될 수 있는데, 이는 유전자가 새로운 패밀리의 일부로 간주될 정도로 광범위한 발산에 의해 또는 수평적 유전자 이동에 의해 발생한다. 게놈당 유전자 수가 상대적으로 일정하게 유지될 때, 이는 유전자가 거의 동일한 속도로 얻어지고 손실됨을 의미한다. 유전자가 손실될 가능성이 더 높은 패턴과 여러 복사본으로 복제되고 다양화될 가능성이 더 높은 패턴이 있다.
유전자 패밀리 진화
단일 유전자가 처음에 동일한 여러 복사본으로 적응적으로 확장되는 것은 자연 선택이 추가 유전자 복사본을 선호할 때 발생한다. 이는 환경 스트레스 요인이 종에 작용할 때 해당된다. 유전자 증폭은 박테리아에서 더 흔하며 가역적인 과정이다. 유전자 패밀리의 수축은 일반적으로 기능 상실 돌연변이의 축적에서 비롯된다. 유전자 전사를 조기에 중단시키는 무의미 돌연변이가 집단에 고정되어 유전자 손실로 이어진다. 이 과정은 환경 변화로 인해 유전자가 불필요해질 때 발생한다.
유전자 패밀리 기능적 패밀리
진화(구조적 유전자 패밀리)에 의한 분류 외에도 HGNC는 줄기 명명법에서 기능에 의한 "유전자 패밀리"도 만든다. 결과적으로 줄기는 동일한 기능을 가지며 종종 동일한 단백질 복합체의 일부인 유전자를 지칭할 수도 있다. 예를 들어, BRCA1 및 BRCA2는 유방암에서의 역할 때문에 이름이 붙여진 관련 없는 유전자이며, RPS2 및 RPS3는 동일한 작은 소단위체에서 발견되는 관련 없는 리보솜 단백질이다.
HGNC는 또한 "유전자 그룹"(이전에는 "유전자 패밀리") 분류를 유지한다. 유전자는 여러 그룹의 구성원이 될 수 있으며, 모든 그룹은 계층 구조를 형성한다. 줄기 분류와 마찬가지로 구조적 및 기능적 그룹이 모두 존재한다.
싱가포르주
싱가포르주는 싱가포르에 존재했던 2개의 주를 가리킨다.
녹아웃 마우스
녹아웃 마우스(knockout mouse 또는 knock-out mouse) 또는 넉아웃 마우스는 연구자들이 기존의 유전자를 인공적인 DNA 조각으로 대체하거나 파괴하여 비활성화(또는 "녹아웃")시킨 유전자 변형 마우스(생쥐)이다. 이들은 염기서열이 분석되었으나 기능이 밝혀지지 않은 유전자의 역할을 연구하는 데 중요한 동물 모델이다. 특정 유전자를 마우스에서 비활성화시키고 정상적인 행동이나 생리적 차이를 관찰함으로써 연구자들은 그 유전자의 추정 기능을 추론할 수 있다.
마우스는 현재 유전자 제거 기술이 쉽게 적용될 수 있는 사람과 가장 밀접하게 관련된 실험 동물 종이다. 이들은 녹아웃 실험, 특히 인체생리학과 관련된 유전적 문제를 조사하는 실험에 널리 사용된다. 쥐에서의 유전자 제거는 훨씬 어려우며 2003년 이후에야 가능해졌다.
최초로 기록된 녹아웃 마우스는 마리오 카페키, 마틴 에번스, 올리버 스미시스에 의해 1989년에 만들어졌으며, 이 공로로 그들은 2007년 노벨 생리학·의학상을 수상했다. 녹아웃 마우스를 생성하는 기술의 여러 측면과 마우스 자체는 여러 나라에서 사기업에 의해 특허가 등록되었다.
녹아웃 마우스 사용
유전자의 활동을 제거하는 것은 해당 유전자가 일반적으로 하는 일에 대한 정보를 제공한다. 사람은 마우스와 많은 유전자를 공유한다. 결과적으로 녹아웃 마우스의 특성을 관찰하는 것은 연구자들에게 유사한 유전자가 사람의 질병을 일으키거나 기여하는 방식을 더 잘 이해하는 데 사용될 수 있는 정보를 제공한다.
녹아웃 마우스가 유용한 연구의 예로는 다양한 종류의 암, 비만증, 심장병, 당뇨병, 관절염, 약물 남용, 불안, 노화 및 파킨슨병에 대한 연구와 모델링이 포함된다. 녹아웃 마우스는 또한 약물 및 기타 치료법을 개발하고 테스트할 수 있는 생물학적 및 과학적 맥락을 제공한다.
매년 수백만 마리의 녹아웃 마우스가 실험에 사용된다.
녹아웃 마우스 계통
수천 가지의 다양한 녹아웃 마우스 계통이 존재한다.
많은 마우스 모델은 비활성화된 유전자의 이름을 따서 명명된다. 예를 들어, P53 녹아웃 마우스는 세포 분열을 억제하거나 세포자멸을 유도하여 종양 성장을 정상적으로 억제하는 단백질을 코딩하는 p53 유전자의 이름을 따서 명명되었다. p53 유전자를 비활성화하는 돌연변이를 가지고 태어난 사람은 리-프라우메니 증후군을 앓게 되는데, 이는 어린 나이에 골암, 유방암 및 혈액암 발병 위험을 극적으로 증가시키는 상태이다. 다른 마우스 모델은 물리적 특성이나 행동에 따라 명명된다.
녹아웃 마우스 절차
녹아웃 마우스를 생산하는 절차에는 여러 가지 변형이 있으며, 다음은 일반적인 예시이다.
제거할 유전자는 마우스 유전자 라이브러리에서 분리된다. 그런 다음 원래 유전자 및 그 인접 서열과 매우 유사하지만 유전자를 작동 불능으로 만들기에 충분하도록 변경된 새로운 DNA 서열이 조작된다. 일반적으로 새로운 서열에는 정상 마우스에는 없으며 특정 독성 물질(예: 네오마이신)에 대한 내성을 부여하거나 관찰 가능한 변화(예: 색상 또는 형광)를 생성하는 표지 유전자도 부여된다. 또한 완전한 선택을 달성하기 위해 헤르페스 tk+와 같은 두 번째 유전자가 구성물에 포함된다.
녹아웃 마우스 절차
1단계의 새로운 서열을 전기천공법으로 2단계의 줄기세포에 도입한다. 상동 재조합의 자연적인 과정을 통해 전기천공된 줄기세포 중 일부는 녹아웃된 유전자를 포함하는 새로운 서열을 원래 유전자 대신 염색체에 통합한다. 성공적인 재조합 사건의 가능성은 비교적 낮으므로, 변형된 세포의 대부분은 두 관련 염색체 중 하나에만 새로운 서열을 갖게 된다. 이들은 이형접합이라고 한다. 네오마이신 내성 유전자와 헤르페스 tk+ 유전자를 포함하는 벡터로 형질전환된 세포는 상동 재조합을 통해 발생한 형질전환을 선택하기 위해 네오마이신과 간시클로버를 포함하는 용액에서 배양된다. 무작위 삽입을 통해 발생한 DNA 삽입은 네오마이신 내성 유전자와 헤르페스 tk+ 유전자 모두에 대해 양성 반응을 보이며, 헤르페스 tk+ 유전자의 산물은 간시클로버와 반응하여 치명적인 독소를 생성하기 때문에 모두 죽는다. 또한 유전 물질을 통합하지 않은 세포는 두 유전자 모두에 대해 음성 반응을 보이며 네오마이신 중독으로 인해 죽는다.
녹아웃 마우스 절차
4단계의 녹아웃된 배아줄기세포는 마우스 주머니배에 삽입된다. 이 예시에서는 회색 마우스의 주머니배를 사용한다. 이제 주머니배는 두 가지 유형의 줄기세포를 포함한다: 원래 세포(회색 마우스에서 유래)와 녹아웃된 세포(흰색 마우스에서 유래). 이 주머니배는 암컷 마우스의 자궁에 이식되어 발달한다. 따라서 새로 태어난 마우스는 키메라가 된다: 몸의 일부는 원래 줄기세포에서 유래하고, 다른 부분은 녹아웃된 줄기세포에서 유래한다. 털은 흰색과 회색의 얼룩을 보이며, 흰색 얼룩은 녹아웃된 줄기세포에서 유래하고 회색 얼룩은 수용 주머니배에서 유래한다.
새로 태어난 키메라 마우스 중 일부는 녹아웃된 줄기세포에서 유래한 생식샘을 가지며, 따라서 녹아웃된 유전자를 포함하는 난자나 정자를 생산할 것이다. 이 키메라 마우스를 야생형 마우스와 교배하면, 그 자손 중 일부는 모든 세포에 녹아웃된 유전자의 한 복사본을 갖게 될 것이다. 이 마우스는 회색 마우스 DNA를 보유하지 않으며 키메라가 아니지만, 여전히 이형접합이다.
녹아웃(KO) 마우스가 어떻게 만들어지는지에 대한 자세한 설명은 2007년 노벨 생리학·의학상 웹사이트에 있다.
녹아웃 마우스 한계
미국 국립보건원(NIH)은 이 기술의 몇 가지 중요한 한계점을 논의한다.
녹아웃 마우스 기술은 귀중한 연구 도구이지만 몇 가지 중요한 한계가 존재한다. 유전자 녹아웃의 약 15%는 발달상 치사적이어서 유전자 변형된 배아가 성체 마우스로 성장할 수 없음을 의미한다. 이 문제는 종종 조건부 돌연변이의 사용을 통해 극복된다. 성체 마우스의 부족은 배아 발달로 연구를 제한하며 종종 인간 건강과 관련된 유전자 기능을 결정하는 것을 더 어렵게 만든다. 어떤 경우에는 유전자가 발달 중인 배아에서와는 다른 기능을 성체에서 수행할 수 있다.
유전자를 제거하는 것은 마우스에서 관찰 가능한 변화를 일으키지 못하거나, 심지어 동일한 유전자가 비활성화된 사람에게서 관찰되는 것과는 다른 특성을 생성할 수도 있다. 예를 들어, P53 유전자의 돌연변이는 인간 암의 절반 이상과 관련이 있으며 종종 특정 조직에서 종양을 유발한다. 그러나 마우스에서 p53 유전자가 제거되면 동물은 다른 조직에서 종양을 발생시킨다.
녹아웃 마우스 한계
줄기세포가 유래된 계통에 따라 전체 절차에 변동이 있다. 일반적으로 129번 계통에서 유래한 세포가 사용된다. 이 특정 계통은 많은 실험(예: 행동)에 적합하지 않으므로, 자손을 다른 계통으로 역교배하는 것이 매우 일반적이다. 일부 유전체 자리는 제거하기 매우 어려운 것으로 입증되었다. 그 이유는 반복 서열, 광범위한 DNA 메틸화 또는 이질염색질의 존재 때문일 수 있다. 유전 물질의 녹아웃 부분에 인접한 129번 유전자가 혼재하는 현상은 "인접 유전자 효과(flanking-gene effect)"라고 불린다. 이 문제를 다루기 위한 방법과 지침이 제안되었다.
또 다른 한계는 재래식(즉, 비조건적) 녹아웃 마우스가 연구 중인 유전자가 없는 상태에서 발달한다는 점이다. 때때로 발달 중 활동 상실이 성체 상태에서 유전자의 역할을 가릴 수 있는데, 특히 유전자가 발달 전반에 걸쳐 수많은 과정에 관여하는 경우 그러하다. 이 경우 마우스가 정상적으로 발달하고 성숙한 후 관심 유전자를 제거할 수 있도록 조건부/유도성 돌연변이 접근 방식이 필요하다.
또 다른 심각한 한계는 야생형 동물에서 자연적으로 돌연변이가 발생한 후 진화적 적응이 녹아웃 모델에서 부족하다는 점이다. 예를 들어, 비타민 C를 합성할 수 없는 포유류에서는 GLUT1과 스토마틴의 적혈구 특이적 공동 발현이 보상 메커니즘을 구성한다.
5′ 캡
분자생물학에서 5′ 캡(five-prime cap)은 전구체 전령 RNA와 같은 일부 일차 전사체의 5′ 말단에 있는 특별히 변경된 뉴클레오타이드이다. mRNA 캐핑으로 알려진 이 과정은 안정적인 성숙 전령 RNA를 생성하는 데 고도로 조절되고 필수적이며, 단백질 합성 동안 번역을 거칠 수 있다. 미토콘드리아 mRNA 및 엽록체 mRNA는 캡이 없다.
5′ 캡 구조
진핵생물에서 mRNA 분자의 5′ 말단에 있는 5′ 캡(캡-0)은 특이한 5′에서 5′ 삼인산 결합을 통해 mRNA에 연결된 구아닌 뉴클레오타이드로 구성된다. 이 구아노신은 생체 내에서 캡핑 직후 메틸기전이효소에 의해 7번 위치에서 메틸화된다. 이것은 m7G로 약칭되는 7-메틸구아노신 캡으로 불린다. 캡-0는 기본 캡 구조이지만, 첫 번째와 두 번째 전사된 뉴클레오타이드도 2' O-메틸화될 수 있으며, 이는 각각 캡-1 및 캡-2 구조로 이어진다. 이는 고등 진핵생물에서 더 흔하며 다른 유기체로부터의 mRNA를 인식하는 선천성 면역 체계의 일부로 생각된다.
5′ 캡 구조
다세포 진핵생물 및 일부 바이러스에서, mRNA 5′ 말단의 첫 두 리보스 당의 2′ 하이드록실기의 메틸화를 포함한 추가적인 변형이 일어날 수 있다. 캡-1은 첫 번째 리보스 당에 메틸화된 2′-하이드록실기를 가지고 있으며, 캡-2는 첫 두 리보스 당에 메틸화된 2′-하이드록실기를 가지고 있으며, 이는 오른쪽에 표시되어 있다. 5′ 캡은 RNA 분자의 3′ 말단과 화학적으로 유사하다(캡 리보스의 5′ 탄소는 결합되어 있고 3′은 비결합 상태이다). 이는 5′ 핵산 외부 가수분해 효소에 대한 상당한 저항성을 제공한다.
소핵 RNA는 독특한 5′-캡을 포함한다. Sm-클래스 snRNA는 5′-트리메틸구아노신 캡을 가지고 있으며, Lsm-클래스 snRNA는 5′-모노메틸포스페이트 캡을 가지고 있다.
세균과 잠재적으로 고등 유기체에서도 일부 RNA는 NAD+, NADH 또는 3′-탈인산화 조효소 A로 캡핑된다.
모든 유기체에서 mRNA 분자는 전령 RNA 탈캡화라는 과정에서 탈캡화될 수 있다. 이는 일반적으로 mRNA의 분해로 이어진다.
5′ 캡 캐핑 과정
7-메틸구아닐레이트로 캐핑하는 시작점은 삼인산 그룹으로 끝나는 RNA 분자의 변경되지 않은 5′ 말단이다. 이것은 최종 뉴클레오타이드 다음에 5′ 탄소에 부착된 세 개의 인산 그룹을 특징으로 한다. 캐핑 과정은 새로운 전구체 mRNA가 합성되는 동안 전사가 완료되기 전에 시작된다.
NAD+, NADH 또는 3′-탈인산화 조효소 A로 캐핑하는 메커니즘은 다르다. NAD+, NADH 또는 3′-탈인산화 조효소 A로 캐핑하는 것은 "ab initio 캐핑 메커니즘"을 통해 이루어지는데, 여기서 NAD+, NADH 또는 3′-탈인산화 조효소 A는 RNA 중합효소에 의한 전사 개시를 위한 "비정규 개시 뉴클레오타이드"(NCIN) 역할을 하여 RNA 산물에 직접 통합된다. 세균 RNA 중합효소와 진핵 RNA 중합효소 II 모두 이 "ab initio 캐핑 메커니즘"을 수행할 수 있다.
5′ 캡 표적화
7-메틸구아닐레이트로 캐핑하기 위해 캡핑 효소 복합체(CEC)는 전사가 시작되기 전에 RNA 중합효소 II에 결합한다. 새로운 전사체의 5′ 말단이 RNA 중합효소 II에서 나오자마자 CEC는 캐핑 과정을 수행한다(이러한 종류의 메커니즘은 폴리아데닐화와 마찬가지로 캐핑을 보장한다). 캐핑 효소는 RNA 중합효소 II에만 결합할 수 있어, 거의 전령 RNA인 이들 전사체에 대한 특이성을 보장한다.
NAD+, NADH 또는 3′-탈인산화 조효소 A로 캐핑하는 것은 촉진유전자 서열에 의해 표적화된다. NAD+, NADH 또는 3′-탈인산화 조효소 A로 캐핑하는 것은 전사 시작 부위와 바로 상류에 특정 서열을 가진 촉진유전자에서만 발생하며, 따라서 특정 촉진유전자에서 합성된 RNA에 대해서만 발생한다.
5′ 캡 기능
5′ 캡은 네 가지 주요 기능을 가지고 있다.
RNA의 핵 수출은 7-메틸구아닐레이트 캡핑된 RNA에만 결합하는 캡 결합 복합체(CBC)에 의해 조절된다. CBC는 핵공 복합체에 의해 인식되어 수출된다. 초기 번역이 완료된 후 세포액에 들어간 후, CBC는 eIF4F 복합체의 번역 인자 eIF4E와 eIF4G로 대체된다. 이 복합체는 리보솜을 포함한 다른 번역 개시 기구에 의해 인식된다.
7-메틸구아닐레이트 캡핑은 두 가지 방식으로 5′ 분해를 방지한다. 첫째, 5′ 핵산 외부 가수분해 효소에 의한 mRNA 분해는 기능적으로 3′ 말단처럼 보이게 함으로써 방지된다(위에서 언급했듯이). 둘째, CBC와 eIF4E/eIF4G는 탈캡화 효소가 캡에 접근하는 것을 차단한다. 이는 mRNA의 반감기를 증가시키는데, 이는 진핵생물에서 수출 및 번역 과정이 상당한 시간을 요하기 때문에 필수적이다.
5′ 캡 기능
7-메틸구아닐레이트 캡핑된 mRNA의 탈캡화는 최소한 Dcp1과 Dcp2로 구성된 탈캡화 복합체에 의해 촉매되며, 이는 캡에 결합하기 위해 eIF4E와 경쟁해야 한다. 따라서 7-메틸구아닐레이트 캡은 활발하게 번역되는 mRNA의 표식이며, 세포는 새로운 자극에 반응하여 mRNA 반감기를 조절하는 데 사용한다. 원치 않는 mRNA는 임시 저장 또는 탈캡화를 위해 P-body로 보내지며, 이에 대한 자세한 내용은 아직 밝혀지고 있다.
5′ 근위 인트론 절단 촉진 메커니즘은 잘 이해되지 않았지만, 7-메틸구아닐레이트 캡은 접혀서 스플라이소좀과 상호작용하여 인트론 절단을 촉진하는 것으로 보인다.
유전자 침묵
유전자 침묵 또는 유전자 사일런싱(gene silencing)은 특정 유전자의 발현을 막기 위해 세포 내 유전자 발현의 조절이 일어나는 것이다. 유전자 침묵은 전사 또는 번역 중에 발생할 수 있으며 종종 연구에 사용된다. 특히, 유전자 침묵에 사용되는 방법들은 감염병 및 신경퇴행성 질환과 같은 암 및 기타 질병에 대항하는 치료제를 생산하는 데 점점 더 많이 사용되고 있다.
유전자 침묵은 종종 유전자 녹다운과 동일하게 간주된다. 유전자가 침묵되면 그 발현은 감소한다. 이와 대조적으로, 유전자가 녹아웃되면 생물체의 유전체에서 완전히 제거되어 발현되지 않는다. RNAi, CRISPR, siRNA와 같이 유전자를 침묵시키는 데 사용되는 방법들은 일반적으로 유전자의 발현을 최소 70% 감소시키지만 완전히 제거하지는 않으므로, 유전자 침묵은 유전자 녹다운 메커니즘으로 간주된다. 유전자 침묵을 사용하는 방법은 유전자 녹아웃보다 더 낫다고 여겨진다. 이는 연구자들이 동물 모델의 생존에 필수적이어서 제거할 수 없는 필수 유전자를 연구할 수 있게 해주기 때문이다. 또한 질병은 일반적으로 발현이 감소된 유전자와 관련이 있으므로, 질병 발달에 대한 더 완전한 시각을 제공한다.
유전자 침묵 연구 방법
안티센스 올리고뉴클레오타이드는 1978년 폴 자메츠니크와 메리 스티븐슨에 의해 발견되었다. 짧은 핵산 조각인 올리고뉴클레오타이드는 세포에 추가될 때 상보적인 표적 mRNA 분자에 결합한다. 이 분자들은 단일 가닥 DNA 또는 RNA로 구성될 수 있으며 일반적으로 13-25개 뉴클레오타이드 길이이다. 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 RNase H 의존적 메커니즘을 사용하거나 입체 차단 메커니즘을 사용하여 유전자 발현에 두 가지 방식으로 영향을 미칠 수 있다. RNase H 의존적 올리고뉴클레오타이드는 표적 mRNA 분자가 분해되도록 하는 반면, 입체 차단 올리고뉴클레오타이드는 mRNA 분자의 번역을 방지한다. 대부분의 안티센스 약물은 RNase H 의존적 메커니즘을 통해 기능하며, 이 메커니즘에서는 RNase H가 DNA/RNA 헤테로듀플렉스의 RNA 가닥을 가수분해한다. 발현.
유전자 침묵 연구 방법
리보자임은 유전자 발현을 억제하는 데 사용되는 촉매 RNA 분자이다. 이 분자들은 mRNA 분자를 절단하여 본질적으로 mRNA를 생성한 유전자를 침묵시킨다. 시드니 올트먼과 토머스 체크는 1989년에 촉매 RNA 분자인 RNase P와 그룹 II 인트론 리보자임을 처음 발견했으며 이 발견으로 노벨상을 수상했다. 망치머리, 헤어핀, B형 간염 바이러스, 그룹 I, 그룹 II, RNase P 리보자임 등 여러 유형의 리보자임 모티프가 존재한다. 망치머리, 헤어핀 및 B형 간염 바이러스(HDV) 리보자임 모티프는 일반적으로 바이러스 또는 비로이드 RNA에서 발견된다. 이 모티프는 mRNA 분자의 특정 포스포다이에스터 결합을 자가 절단할 수 있다. 하위 진핵생물 및 일부 세균은 그룹 I 및 그룹 II 리보자임을 포함한다. 이 모티프는 포스포다이에스터 결합을 절단하고 연결함으로써 자가 스플라이싱할 수 있다. 마지막 리보자임 모티프인 RNase P 리보자임은 대장균에서 발견되며 단백질 보조 인자와 결합할 때 여러 tRNA 전구체의 포스포다이에스터 결합을 절단하는 능력으로 알려져 있다.
유전자 침묵 연구 방법
리보자임이 사용하는 일반적인 촉매 메커니즘은 단백질 리보뉴클레아제가 사용하는 메커니즘과 유사하다. 이 촉매 RNA 분자는 특정 부위에 결합하고 2' 산소를 친핵체로 사용하여 RNA 골격의 인접한 인산을 공격하여 2'3'-고리형 인산과 5' 수산화 말단이 있는 절단된 산물을 형성한다. 이 촉매 메커니즘은 과학자들이 표적 mRNA 분자의 서열 특이적 절단을 수행하는 데 점점 더 많이 사용되고 있다. 또한 질병을 유발하는 유전자를 침묵시키는 유전자 침묵 치료제를 생산하기 위해 리보자임을 사용하려는 시도가 이루어지고 있다.
유전자 침묵 연구 방법
RNAi는 세포가 유전자 발현을 조절하는 데 사용하는 자연적인 과정이다. 이는 앤드루 파이어와 크레이그 멜로가 1998년에 발견했으며, 이들은 이 발견으로 2006년 노벨상을 수상했다. 유전자 침묵 과정은 먼저 이중 가닥 RNA (dsRNA) 분자가 세포로 유입되면서 시작되며, 이는 RNAi 경로를 유발한다. 이중 가닥 분자는 다이서라는 효소에 의해 작은 이중 가닥 조각으로 절단된다. 짧은 간섭 RNA (siRNA)와 마이크로RNA (miRNA)를 포함하는 이 작은 조각들은 길이가 약 21-23개 뉴클레오타이드이다. 이 조각들은 RNAi 경로의 필수 구성 요소인 아르고노트 단백질을 포함하는 RNA 유도 침묵 복합체라는 다중 서브유닛 단백질에 통합된다. 분자의 한 가닥인 "가이드" 가닥은 RISC에 결합하고, "승객" 가닥으로 알려진 다른 가닥은 분해된다. RISC에 결합된 상태로 남아 있는 조각의 가이드 또는 안티센스 가닥은 표적 mRNA 분자의 서열 특이적 침묵을 유도한다. 유전자는 표적 mRNA 분자의 내부 분해적 절단을 유발하는 siRNA 분자에 의해 침묵되거나 mRNA 분자의 번역을 억제하는 miRNA 분자에 의해 침묵될 수 있다. mRNA 분자의 절단 또는 번역 억제로 인해 이를 형성하는 유전자는 본질적으로 비활성화된다. RNAi는 RNA 바이러스와 같은 침입자에 대한 세포 방어 메커니즘으로 또는 세포 DNA 내 트랜스포존의 증식을 막기 위해 진화했다고 여겨진다. RNA 바이러스와 트랜스포존 모두 이중 가닥 RNA로 존재할 수 있으며 RNAi의 활성화를 유도할 수 있다. 현재, siRNA는 특정 유전자 발현을 억제하고 유전자 기능을 평가하는 데 널리 사용되고 있다. 이 접근 방식을 활용하는 회사로는 Alnylam, 사노피, Arrowhead, Discerna, Persomics 등이 있다.
유전자 침묵 연구 방법
전령 RNA(mRNA)의 3' 비번역 부위 (3'UTR)는 종종 전사 후 유전자 침묵을 유발하는 조절 서열을 포함한다. 이러한 3'-UTR은 종종 마이크로RNA(miRNA)와 조절 단백질 모두에 대한 결합 부위를 포함한다. 3'-UTR 내의 특정 부위에 결합함으로써 많은 수의 특정 miRNA는 RNA 간섭과 유사한 메커니즘(참조: MicroRNA)을 사용하여 번역을 억제하거나 전사체를 직접 분해하여 특정 표적 mRNA의 유전자 발현을 감소시킨다. 3'-UTR에는 또한 mRNA의 발현을 억제하는 억제자 단백질에 결합하는 침묵자 영역이 있을 수 있다.
3'-UTR은 종종 마이크로RNA 반응 요소(MRE)를 포함한다. MRE는 miRNA가 결합하여 유전자 침묵을 유발하는 서열이다. 이들은 3'-UTR 내에서 널리 퍼진 모티프이다. 3'-UTR 내의 모든 조절 모티프(예: 침묵자 영역 포함) 중에서 MRE는 모티프의 약 절반을 차지한다.
유전자 침묵 연구 방법
2014년 현재, miRNA 서열 및 주석 아카이브인 miRBase 웹 사이트에는 233개 생물종에서 28,645개 항목이 등재되어 있다. 이 중 1,881개 miRNA는 주석이 달린 인간 miRNA 유전자좌에 있었다. miRNA는 각각 평균 약 400개의 표적 mRNA(수백 개의 유전자를 침묵시킴)를 가질 것으로 예측되었다. 프리드먼(Freidman) 등은 인간 mRNA 3'UTR 내의 45,000개 이상의 miRNA 표적 부위가 배경 수준보다 보존되어 있으며, 인간 단백질 코딩 유전자의 60% 이상이 miRNA와의 짝짓기를 유지하기 위한 선택압을 받아왔다고 추정한다.
직접적인 실험에 따르면 단일 miRNA는 수백 개의 고유한 mRNA의 안정성을 감소시킬 수 있다. 다른 실험에 따르면 단일 마이크로 RNA는 수백 개의 단백질 생산을 억제할 수 있지만, 이 억제는 종종 비교적 경미하다(2배 미만).
유전자 발현의 miRNA 조절 이상은 암에 중요한 것으로 보인다. 예를 들어, 위장암에서는 9개의 miRNA가 후성유전적으로 변형되어 DNA 복구 효소의 하향 조절에 효과적인 것으로 확인되었다.
유전자 발현의 miRNA 조절 이상은 조현병, 양극성 장애, 주요 우울증, 파킨슨병, 알츠하이머병 및 자폐 스펙트럼 장애와 같은 신경정신병 질환에서도 중요한 것으로 보인다.
유전자 침묵 응용
유전자 침묵 기술은 연구자들이 질환 관련 유전자를 연구하는 데 널리 사용되어 왔다. 이러한 질환에는 암, 감염병, 호흡기 질환 및 신경퇴행성 질환이 포함된다. 유전자 침묵은 현재 합성 치사, 고속대량 스크리닝 및 소형화된 RNAi 스크린과 같은 신약 발견 노력에도 사용되고 있다.
RNA 간섭은 여러 암과 관련된 유전자를 침묵시키는 데 사용되어 왔다. 만성 골수성 백혈병 (CML)의 시험관내 연구에서, siRNA는 글리벡 (이마티닙) 약물이 암세포에 결합하는 것을 방지하는 융합 단백질인 BCR-ABL을 절단하는 데 사용되었다. 융합 단백질을 절단하는 것은 세포의 약물 민감성을 증가시킴으로써 몸 전체로 퍼지는 변형된 조혈모세포의 양을 줄였다. RNA 간섭은 특정 돌연변이를 표적으로 삼는 데도 사용될 수 있다. 예를 들어, siRNA는 단일 점 돌연변이를 포함하는 종양 억제 P53 분자에 특이적으로 결합하여 파괴하는 반면, 야생형 억제자는 손상되지 않고 남겨둘 수 있었다.
유전자 침묵 응용
암세포의 생산 증가로 이어지는 유사분열 경로에 관여하는 수용체도 siRNA 분자의 표적이 되어왔다. 유방암 증식과 관련된 케모카인 수용체 4 (CXCR4)는 암세포에서 흔히 관찰되는 분열 횟수를 줄이는 siRNA 분자에 의해 절단되었다. 연구자들은 또한 siRNA를 사용하여 암 관련 유전자의 발현을 선택적으로 조절해왔다. 클러스터린과 서비빈과 같은 항세포자멸사 단백질은 종종 암세포에서 발현된다. 클러스터린 및 서비빈 표적 siRNA는 항세포자멸사 단백질의 수를 줄이고 따라서 화학요법 치료에 대한 암세포의 민감도를 증가시키는 데 사용되었다. 생체내 연구도 암 치료에서 siRNA 분자의 잠재적 사용을 연구하는 데 점점 더 많이 활용되고 있다. 예를 들어, 대장 선암 세포가 이식된 쥐는 암세포의 베타-카테닌을 표적으로 하는 siRNA로 전처리했을 때 더 오래 생존하는 것으로 나타났다.
유전자 침묵 응용
바이러스 복제 또는 세포 침투에 필요한 바이러스 유전자 및 숙주 유전자, 또는 바이러스 생활 주기에서 중요한 역할을 하는 유전자는 종종 항바이러스 요법의 표적이 된다. RNAi는 인간 면역결핍 바이러스 (HIV) 및 간염과 같은 여러 바이러스 질환의 유전자를 표적으로 삼는 데 사용되어 왔다. 특히, siRNA는 주요 HIV 수용체인 케모카인 수용체 5 (CCR5)를 침묵시키는 데 사용되었다. 이는 바이러스가 인간 말초혈액 림프구와 일차 조혈모세포에 침투하는 것을 막았다. 유사한 기술이 B형 간염 및 C형 간염 감염 세포에서 검출 가능한 바이러스의 양을 줄이는 데 사용되었다. B형 간염에서는 siRNA 침묵이 B형 간염 바이러스의 표면 항원을 표적으로 삼는 데 사용되었고 바이러스 구성 요소의 수가 감소하는 결과를 가져왔다. 또한 C형 간염에 사용된 siRNA 기술은 세포 내 바이러스 양을 98%까지 낮출 수 있었다.
유전자 침묵 응용
RNA 간섭은 20년 이상 식물의 바이러스 질병을 통제하는 데 상업적으로 사용되어 왔다 (식물 질병 저항성 참조). RNAi가 발견되기 전인 1986-1990년에 식물 바이러스에 대한 "외피 단백질 매개 저항성"의 여러 사례가 발표되었다. 1993년, 담배 에칭 바이러스 연구는 숙주 유기체가 특정 바이러스 또는 mRNA 서열을 분해하도록 표적으로 삼을 수 있으며, 이러한 활동이 형질전환 식물에서 바이러스 저항성의 일부 사례 뒤에 있는 메커니즘임을 처음으로 입증했다. 짧은 간섭 RNA(RNA 매개 유전자 침묵의 특이성 결정 인자)의 발견 또한 식물에서 바이러스 유도 전사 후 유전자 침묵을 활용했다. 1994년까지 3가지 다른 바이러스의 외피 단백질 유전자를 발현하는 형질전환 호박 품종이 개발되었으며, 호박 잡종에 현장에서 검증된 다중 바이러스 저항성을 제공하여 현재 상업적으로 사용되고 있다. 감자 잎말림 바이러스에 저항성을 부여하는 바이러스 복제효소 서열을 발현하는 감자 계통은 NewLeaf Y 및 NewLeaf Plus라는 상표명으로 판매되었으며, 1999-2001년에 상업적 생산에서 널리 받아들여졌지만, 맥도날드 사는 GM 감자 구매를 거부했고 몬산토는 NatureMark 감자 사업을 폐쇄하기로 결정했다. 유전자 침묵에 의해 매개되는 바이러스 저항성의 또 다른 자주 인용되는 예는 파파야와 관련이 있는데, 하와이 파파야 산업은 대기업이 아닌 대학 연구원들이 생산하고 허가한 바이러스 저항성 GM 파파야에 의해 구원받았다. 이 파파야는 현재도 사용되고 있지만, 대중의 상당한 반대는 유전자 침묵의 의료적 용도에서는 눈에 띄게 덜하다.
유전자 침묵 응용
유전자 침묵 기술은 인유두종바이러스, 웨스트 나일 바이러스, 툴레인 바이러스와 같은 다른 바이러스를 표적으로 삼는 데도 사용되어 왔다. 인유두종바이러스 환자로부터 채취한 종양 샘플에서 E6 유전자를 표적으로 삼았을 때 감염된 세포에서 세포자멸사를 유발하는 것으로 나타났다. 웨스트 나일 바이러스를 표적으로 하는 플라스미드 siRNA 발현 벡터도 세포주에서 바이러스 복제를 예방할 수 있었다. 또한 siRNA는 칼리시바이러스과 바이러스 계열의 일부인 툴레인 바이러스의 구조 유전자와 비구조 유전자 모두를 표적으로 삼아 복제를 예방하는 데 성공적인 것으로 나타났다. NTPase 유전자를 표적으로 삼음으로써 감염 전 4시간에 투여된 1회 용량의 siRNA는 감염 후 48시간 동안 툴레인 바이러스 복제를 제어하여 바이러스 역가를 최대 2.6 로그 감소시키는 것으로 나타났다. 툴레인 바이러스는 종 특이적이며 인간에게 영향을 미치지 않지만, 미국에서 급성 위장염 및 식인성 질병 발병의 가장 흔한 원인인 인간 노로바이러스와 밀접하게 관련되어 있는 것으로 나타났다. 인간 노로바이러스는 실험실에서 연구하기 어렵기로 악명이 높지만, 툴레인 바이러스는 인간 노로바이러스에 의한 질병을 치료하는 데 사용될 수 있는 치료법을 개발하는 임상적 목표를 위해 이 바이러스 계열을 연구할 수 있는 모델을 제공한다.
유전자 침묵 응용
바이러스와 달리 세균은 siRNA에 의한 침묵에 그리 취약하지 않다. 이는 주로 세균의 복제 방식 때문이다. 세균은 숙주 세포 밖에서 복제하며 RNAi가 기능하는 데 필요한 기계를 가지고 있지 않다. 그러나 세균 감염은 감염에 의해 유발되는 면역 반응에 관여하는 숙주 유전자를 표적으로 삼거나 세균이 세포로 진입하는 것을 매개하는 숙주 유전자를 표적으로 삼음으로써 siRNA에 의해 여전히 억제될 수 있다. 예를 들어, siRNA는 지질다당류 (LPS)로 치료한 쥐의 세포에서 발현되는 전염증성 사이토카인의 양을 줄이는 데 사용되었다. 염증성 사이토카인인 종양괴사인자 알파 (TNFα)의 발현 감소는 결과적으로 LPS 처리된 쥐가 느끼는 패혈성 쇼크를 감소시켰다. 또한, siRNA는 카베올린-2 (CAV2) 유전자를 녹다운함으로써 슈도모나스 아에루기노사(Psueomonas aeruginosa) 세균이 생쥐 폐 상피 세포를 침범하는 것을 막는 데 사용되었다. 따라서 세균은 siRNA 메커니즘에 의해 직접 표적이 될 수 없지만, 세균 감염에 관여하는 구성 요소가 표적이 될 때 siRNA에 의해 여전히 영향을 받을 수 있다.
유전자 침묵 응용
리보자임, 안티센스 올리고뉴클레오타이드, 그리고 최근에는 RNAi가 천식과 관련된 mRNA 분자를 표적으로 삼는 데 사용되어 왔다. 이러한 실험들은 siRNA가 만성 폐쇄성 폐 질환 (COPD) 및 낭포성 섬유증과 같은 다른 호흡기 질환을 퇴치하는 데 사용될 수 있음을 시사했다. COPD는 배상 세포 과형성 및 점액 과분비를 특징으로 한다. NCI-H292 인간 기도 상피세포에서 변형성장인자 (TGF)-α가 siRNA에 의해 표적이 되었을 때 점액 분비가 감소하는 것으로 나타났다. 점액 과분비 외에도 만성 염증 및 손상된 폐 조직은 COPD 및 천식의 특징이다. 전환성장인자 TGF-β는 이러한 발현에 역할을 하는 것으로 생각된다. 결과적으로 인터페론 (IFN)-γ를 사용하여 TGF-β를 녹다운했을 때, 폐 조직의 손상 및 흉터로 인한 폐 폐섬유증이 개선되었다.
유전자 침묵 응용
헌팅턴병은 헌팅턴 유전자의 돌연변이로 인해 CAG 반복 서열이 과도하게 증가하여 발생한다. 이 유전자는 아미노 말단 근처에 폴리글루타민 반복 서열을 가진 돌연변이 헌팅틴 단백질을 형성한다. 이 질병은 불치병이며 운동, 인지 및 행동 결함을 유발하는 것으로 알려져 있다. 연구자들은 유전자 침묵을 HD의 잠재적인 치료법으로 모색해 왔다.
유전자 침묵은 돌연변이 헌팅틴 단백질을 표적으로 삼아 HD를 치료하는 데 사용될 수 있다. 돌연변이 헌팅틴 단백질은 대립유전자 특이적 올리고뉴클레오타이드를 이용한 대립유전자 특이적 유전자 침묵을 통해 표적화되어 왔다. 이 방법에서 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 HD 환자들이 돌연변이 헌팅틴 대립유전자와 관련된 공통적인 단일염기 다형성 (SNP)을 공유하는 것으로 밝혀졌기 때문에 DNA 서열의 단일 뉴클레오타이드 변화인 SNP를 표적으로 삼는 데 사용된다. 세 가지 SNP를 표적으로 삼을 때 HD 환자의 약 85%를 커버할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 사용하여 쥐에서 HD 관련 SNP를 표적으로 삼았을 때 돌연변이 헌팅틴 단백질이 50% 감소했다.
유전자 침묵 응용
siRNA 분자를 이용한 비대립유전자 특이적 유전자 침묵도 돌연변이 헌팅틴 단백질을 침묵시키는 데 사용되어 왔다. 이 접근 방식에서는 돌연변이 단백질의 SNP를 표적으로 삼는 대신 모든 정상 및 돌연변이 헌팅틴 단백질이 표적이 된다. 쥐를 대상으로 한 연구에서 siRNA는 정상 및 돌연변이 헌팅틴 수준을 75%까지 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. 이 수준에서 쥐는 대조군에 비해 운동 조절이 개선되고 생존율이 길어지는 것으로 나타났다. 따라서 유전자 침묵 방법은 HD 치료에 유익할 수 있다.
근위축성 측삭 경화증, 일명 루게릭병은 뇌와 척수에 영향을 미치는 운동 신경 질환이다. 이 질병은 운동 뉴런이 퇴화하여 결국 뉴런 사망과 근육 퇴화를 초래한다. Cu/Zn 초과산화물 불균등화효소 (SOD1) 유전자의 수백 가지 돌연변이가 ALS를 유발하는 것으로 밝혀졌다. 유전자 침묵은 ALS의 특징인 SOD1 돌연변이를 녹다운하는 데 사용되어 왔다. 특히, siRNA 분자는 SOD1 돌연변이 유전자를 표적으로 삼고 대립유전자 특이적 유전자 침묵을 통해 그 발현을 줄이는 데 성공적으로 사용되었다.
유전자 침묵 응용
유전자 침묵 치료법과 관련된 몇 가지 문제점이 있는데, 여기에는 유전자 전달 및 표적 세포에 대한 특이성이 포함된다. 예를 들어, 신경퇴행성 질환의 치료를 위해 미래의 유전자 침묵 치료를 위한 분자들은 뇌로 전달되어야 한다. 혈액뇌장벽은 혈액에 주사되거나 흡수되는 대부분의 분자들의 통과를 막음으로써 혈류를 통해 분자를 뇌로 전달하기 어렵게 만든다. 따라서 연구자들은 분자를 직접 주사하거나 뇌로 밀어 넣는 펌프를 이식해야 한다는 것을 발견했다.
그러나 뇌 안에 들어간 분자들은 표적 세포 안으로 이동해야 한다. siRNA 분자를 세포 안으로 효율적으로 전달하기 위해 바이러스 벡터를 사용할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 전달 방법 또한 분자에 대한 면역 반응을 유발할 수 있으므로 문제가 될 수 있다. 전달 외에도 유전자 침묵에서 특이성 또한 문제가 되는 것으로 밝혀졌다. 안티센스 올리고뉴클레오타이드와 siRNA 분자 모두 잘못된 mRNA 분자에 결합할 가능성이 있다. 따라서 연구자들은 여전히 안전하고 효과적인 특정 유전자 침묵 치료제를 전달하고 개발하는 보다 효율적인 방법을 찾고 있다.
아크틱 애플은 폴리페놀 산화효소(PPO)의 발현을 줄이기 위해 유전자 침묵을 사용하여 갈변되지 않는 특성을 가진 상표 등록된 사과 제품군이다. 이는 이 기술을 사용한 최초의 승인된 식품 제품이다.
레 티 중
레 티 중(베트남어: Lê Thị Dung)은 베트남의 교육자이자 연구자이며, 하노이 외곽의 베트남 국립 농업대학교(영문명: Vietnam National University of Agriculture) 사회과학부 강사이자 청년연맹(Đoàn TNCS Hồ Chí Minh) 부비서로 활동한다. 정치학 및 역사 영역에서 베트남 공산당사, 호찌민 사상, 당의 혁명 노선, 베트남 문화의 기초 등을 강의하며, 농업 중심 대학의 학생들에게 국가 개발 담론을 공동체 가치와 연결하는 교육·봉사 활동을 병행한다.
레 티 중 생애와 교육
베트남 국립 농업대학교에서 근무하며, 하노이시 교육·청년 분야에서 활동해 왔다. 대학 내부 기록에 따르면 약 12년 동안 강의와 학생지도를 병행하였다. 석사 학위는 두 차례 취득하였다. 하나는 베트남국립대학교 하노이 인문사회과학대학(USSH)에서, 다른 하나는 연세대학교-코이카 석사학위과정(지역·공동체 개발)으로 한국에서 취득하였다. KOICA 베트남 공식 채널은 그녀가 KOICA-연세대학교 석사과정 졸업생으로서 학습 성과를 공유하는 지식공유 세미나에 참여한 사실을 전했다.
레 티 중 학문·교육 활동
정치학·정치사상 교육을 담당하며, 학부 공통 과목인 ‘베트남 공산당사’, ‘호찌민 사상’, ‘베트남 공산당의 혁명 노선’, ‘베트남 문화의 기초’ 등을 비롯하여 사회학·윤리학·행정법 등 사회과학 계열 과목의 강의·교재 집필에도 참여한다. 강의 외에는 학생 연구 지도와 학술행사 운영을 통해 학내 정치교육과 청년활동을 연계하는 역할을 수행한다.
레 티 중 주요 활동과 교육 철학
농업대학의 특성에 맞춰 정치교육을 지역사회 봉사와 연계하는 방식을 중시한다. 청년연맹 부비서로서 환경·공익 프로젝트(예: ‘청년 가로수’ 조성)와 학생 자원봉사를 조직해 학내 시민교육의 실천을 확장하였다. 강의에서는 역사·사상을 서사형 수업과 토의·프로젝트로 연결해 학생의 직업윤리와 공동체 의식을 강화하는 데 초점을 두었다는 점이 대학 발표 자료에 요약된다.
레 티 중 연구 및 출판
정치·사회 분야의 교육·개발 주제를 중심으로 국내외 학술지에 연구를 게재하였다. 대표 논문은 다음과 같다.
레 티 중, 유 청식, 주 영규, 응우옌 탄 퐁, 또 더 응우옌 (2023). 〈푸토성 차 재배 농가의 VietGAP 채택 결정요인 — Determinants of VietGAP Adoption by Tea Farmers in Phu Tho Province, Vietnam〉, Asian Development Perspectives 14(1): 54–64. doi:10.22681/ADP.2023.14.1.54.
이 논문은 베트남 푸토성 탄바 지역의 차 농가 100가구를 조사해 VietGAP 표준 채택에 영향을 미치는 요인을 통계적으로 분석하였다. 연구는 이항 로짓 모형을 사용해 연령, 차 수익, 신용 접근성, 협동조합 가입, VietGAP 교육 이수가 채택 가능성을 유의하게 높인다는 점을 제시한다. 결과는 식품 안전과 농가 소득 제고를 동시에 달성하기 위해 교육·협동조합·금융 접근을 통합적으로 설계할 필요가 있음을 시사한다. 표본 규모는 작지만, 차 산업 특화 지역을 대상으로 한 현장 기반 분석이라는 점에서 정책 적용 가능성이 크다.
레 티 중 평가
대학 공식 보도는 강의·연구·청년사업의 균형, 학생 지도에서의 지속성, 학교 밖 공익 프로젝트를 통한 공동체 기여를 주요 성과로 요약한다.
레 티 중 대외 활동과 국제 협력
KOICA-연세대학교 석사 프로그램 졸업생으로서 한국에서의 학문적 경험을 공유하는 지식공유 세미나에 참여했으며, 국제 단기연수·세미나를 통해 교육 내용의 비교·갱신을 시도했다.
양자 구속 슈타르크 효과
양자 구속 슈타르크 효과(영어: Quantum-confined Stark effect, QCSE)는 양자 우물(QW)의 빛 흡수 스펙트럼 또는 방출 스펙트럼에 대한 외부 전기장의 효과를 설명한다. 외부 전기장이 없을 경우, 양자 우물 내의 전자와 양공은 양자 상태 중 특정 이산적인 에너지 서브밴드 집합 내에서만 상태를 점유할 수 있다. 오직 이산적인 주파수 집합의 빛만이 시스템에 의해 흡수되거나 방출될 수 있다. 외부 전기장이 가해지면, 전자 상태는 더 낮은 에너지로 이동하고, 양공 상태는 더 높은 에너지로 이동한다. 이것은 허용되는 빛 흡수 또는 방출 주파수를 감소시킨다. 또한, 외부 전기장은 전자와 양공을 우물의 반대편으로 이동시켜 겹침 적분(overlap integral)을 감소시키고, 이는 다시 시스템의 재결합 효율(즉, 형광 양자 수율)을 감소시킨다.전자와 양공 사이의 공간 분리는 양자 우물 주변의 전위 장벽에 의해 제한되며, 이는 엑시톤이 전기장의 영향하에서도 시스템 내에 존재할 수 있음을 의미한다. 양자 구속 슈타르크 효과는 광통신 신호를 빠르게 켜고 끌 수 있게 하는 QCSE 광 변조기에 사용된다.
양자 구속 슈타르크 효과
양자 객체(예: 우물, 점 또는 디스크)가 일반적으로 재료의 띠틈보다 높은 에너지로 빛을 방출하고 흡수하더라도, QCSE는 에너지를 띠틈보다 낮은 값으로 이동시킬 수 있다. 이것은 최근 나노와이어에 내장된 양자 디스크 연구에서 입증되었다.
양자 구속 슈타르크 효과 이론적 설명
흡수선 이동은 편향되지 않은 양자 우물과 편향된 양자 우물의 에너지 준위를 비교하여 계산할 수 있다. 편향되지 않은 시스템의 에너지 준위를 찾는 것은 대칭성 때문에 더 간단한 작업이다. 외부 전기장이 작으면 편향되지 않은 시스템에 대한 섭동으로 취급할 수 있으며 섭동 이론을 사용하여 대략적인 효과를 찾을 수 있다.
양자 우물의 전위는 다음과 같이 쓸 수 있다.
,
여기서 은 우물의 폭이고 는 전위 장벽의 높이이다. 우물 내의 속박 상태는 이산적인 에너지  집합에 놓여 있으며, 관련 파동 함수는 엔벨로프 함수 근사를 사용하여 다음과 같이 쓸 수 있다.
이 표현에서 는 양자화 방향에 수직인 시스템의 단면적이며, 는 벌크 반도체에서 에너지 띠 가장자리에 대한 주기적인 블로흐 함수이고 는 시스템에 대한 천천히 변하는 엔벨로프 함수이다.
양자 우물이 매우 깊으면, 인 상자 속 입자 모델로 근사할 수 있다. 이 단순화된 모델에서, 속박 상태 파동 함수에 대한 해석적 표현은 다음 형식을 갖는다.
속박 상태의 에너지는 다음과 같다.
여기서 는 주어진 반도체에서 전자의 유효 질량이다.
전기장이 z 방향으로 편향된다고 가정하면,
양자 구속 슈타르크 효과 이론적 설명
섭동 해밀토니안 항은 다음과 같다.
에너지 준위에 대한 1차 보정은 대칭성 때문에 0이다.
.
2차 보정은, 예를 들어 n=1일 때, 다음과 같다.
전자에 대해, 여기서 k가 짝수이고 > 2인 속박 상태로 인한 섭동 항을 무시하는 추가적인 근사가 도입되었다. 이에 비해 홀수 k 상태의 섭동 항은 대칭성 때문에 0이다.
유사한 계산은 전자 유효 질량 을 양공 유효 질량 로 대체함으로써 양공에 적용할 수 있다. 총 유효 질량 을 도입하면, QCSE에 의해 유도된 첫 번째 광학 전이의 에너지 이동은 다음과 같이 근사될 수 있다.
위 방정식에서 논의된 구속된 에너지 준위의 하향 이동은 프란츠-켈디시 효과라고 한다.
지금까지의 근사는 상당히 조잡하지만, 에너지 이동은 예측대로 인가된 전기장에 대해 제곱 법칙 의존성을 실험적으로 보여준다.
광학 전이의 낮은 에너지로의 적색편이 외에도, DC 전기장은 흡수 계수의 크기를 감소시키는데, 이는 가전자대와 전도대 파동 함수를 연결하는 겹침 적분을 감소시키기 때문이다. 지금까지의 근사와 z 방향으로 인가된 전기장이 없음을 고려하면,  전이에 대한 겹침 적분은 다음과 같다.
양자 구속 슈타르크 효과 이론적 설명
.
이 적분이 양자 구속 슈타르크 효과에 의해 어떻게 수정되는지 계산하기 위해 우리는 다시 시간 독립 섭동 이론을 사용한다.
파동 함수에 대한 1차 보정은 다음과 같다.
.
다시  에너지 준위를 살펴보고  준위로부터의 섭동만 고려한다 (참고로 으로부터의 섭동은 대칭성 때문에 이다). 우리는 다음을 얻는다.
각각 전도대와 가전자대에 대해, 여기서 는 정규화 상수로 도입되었다. 인가된 전기장 에 대해 다음을 얻는다.
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따라서 전이 확률이 위의 겹침 적분에 의존한다고 말하는 페르미 황금률에 따라 광학 전이 강도는 약해진다.
2차 섭동 이론으로 설명되는 양자 구속 슈타르크 효과는 극히 간단하고 직관적이다. 그러나 QCSE를 정확하게 묘사하려면 엑시톤의 역할을 고려해야 한다. 엑시톤은 전자-양공 쌍의 속박 상태로 구성된 준입자이며, 벌크 물질에서의 결합 에너지는 수소형 원자의 결합 에너지와 같이 모델링할 수 있다.
여기서 는 뤼드베리 상수이고, 는 전자-양공 쌍의 환산 질량이며, 는 상대 유전율이다.
엑시톤 결합 에너지는 광자 흡수 과정의 에너지 균형에 포함되어야 한다.
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