hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
트랜스스플라이싱 메커니즘
트랜스스플라이싱은 전사된 두 개의 개별 엑손 RNA가 연결되는 특징을 가진다. 이 스플라이싱의 신호는 기능적인 5' 스플라이스 부위가 상류에 없는 상태에서 mRNA의 5' 말단에 있는 아우트론이다. 5' 아우트론이 스플라이싱될 때, 스플라이스 리더 RNA의 5' 스플라이스 부위는 아우트론에 분지되어 중간체를 형성한다. 이 단계는 자유 스플라이스 리더 엑손을 초래한다. 엑손은 pre-mRNA의 첫 번째 엑손에 스플라이싱되고 중간체는 방출된다. 트랜스스플라이싱은 pre-mRNA에 5' 스플라이스 부위가 없다는 점에서 시스-스플라이싱과 다르다. 대신 5' 스플라이스 부위는 SL 서열에 의해 제공된다.
트랜스스플라이싱 센스 및 안티센스 가닥 간의 트랜스스플라이싱
센스 가닥이 전사를 겪은 결과, 센스 가닥과 상보적인 pre-mRNA가 형성된다. 안티센스 가닥도 전사되어 상보적인 pre-mRNA 가닥이 생성된다. 두 전사물로부터의 엑손이 함께 스플라이싱되어 키메라 mRNA를 형성한다.
트랜스스플라이싱 대체 트랜스스플라이싱
대체 트랜스스플라이싱은 유전자 내 트랜스스플라이싱과 유전자 간 트랜스스플라이싱을 포함한다. 유전자 내 트랜스스플라이싱은 pre-mRNA에서 엑손의 중복을 포함한다. 유전자 간 트랜스스플라이싱은 두 개의 다른 유전자의 pre-mRNA로부터 형성된 엑손들이 함께 스플라이싱되어 트랜스-유전자 mRNA를 생성하는 것이 특징이다.
범생설
범생설(pangenesis)은 찰스 다윈이 제안한 유전에 대한 가설적 메커니즘으로, 신체의 각 부분이 지속적으로 자체적인 유형의 작은 유기 입자인 젬뉼을 방출하며, 이 입자들이 생식샘에 모여 생식자에게 유전 정보를 제공한다고 제안했다. 그는 1868년 저서 『가축과 재배 식물의 변이』에서 이 '잠정적 가설'을 제시했는데, 당시 진화 이론의 주요 간극이라고 여겼던 부분을 채우기 위한 것이었다. 이 단어의 어원은 그리스어의 pan("전체", "포괄적인"을 의미하는 접두사)과 genesis("탄생") 또는 genos("기원")에서 왔다. 범생설은 히포크라테스와 다른 다윈 이전 과학자들이 원래 만들었던 사상을 반영했지만, 새로운 개념인 세포 이론을 사용하여 세포 발달을 유기체의 초기 발달과 재생 모두에서 새로운 성장이 발생하는 데 필요하다고 지정된 젬뉼에서 시작한다고 설명했다. 또한 환경에 의해 변형된 신체 부위가 변형된 젬뉼을 생성하기 때문에 재생과 획득형질의 유전이라는 용불용설적 개념을 설명했다. 이로 인해 범생설은 신용불용설 진화 사상 학파 사이에서 인기를 얻었다. 이 가설은 1900년 생물학자들 사이에서 그레고어 멘델의 입자성 유전 이론이 재발견된 후 사실상 구식이 되었다.
범생설 초기 역사
범생설은 부모 유기체 전체가 유전에 참여한다는 점에서 (따라서 접두사 pan) 히포크라테스, 데모크리토스 및 기타 다윈 이전 과학자들이 제시한 사상과 유사했다. 다윈은 히포크라테스의 범생설이 "내 것과 거의 동일하며, 단지 용어의 변화일 뿐이고, 고대 철학자에게는 필연적으로 알려지지 않았던 사실들의 계층에 대한 적용일 뿐이다"라고 썼다.
과학사학자 콘웨이 저클은 다음과 같이 썼다.
범생설의 가설은 획득형질 유전에 대한 믿음만큼이나 오래되었다. 그것은 히포크라테스, 데모크리토스, 갈레노스, 알렉산드리아의 클레멘스, 락탄티우스, 세비야의 이시도르, 바르톨로메우스 앙글리쿠스, 알베르투스 마그누스, 아퀴나스의 성 토마스, 피터 오브 크레셴티우스, 파라켈수스, 제로메 카르단, 레비누스 렘니우스, 베네트, 존 레이, 뷔퐁, 보네, 모페르튀이, 폰 할러 그리고 허버트 스펜서에 의해 지지되었다.
범생설 초기 역사
저클은 획득형질 유전이라는 사상이 16세기까지 완전히 받아들여졌고, 라마르크의 시대까지 엄청난 인기를 유지하다가 확실한 증거 부족으로 더 많은 비판을 받기 시작했음을 보여주었다. 그는 또한 범생설이 "정액이 온몸에서 파생된다"는 히포크라테스의 믿음에서 발전하여 이 개념에 대해 제시된 유일한 과학적 설명이라고 주장했다. 13세기에는 정액이 신체에서 사용되지 않은 음식의 정제된 버전이라는 원칙에 따라 범생설이 널리 받아들여졌고, 이는 결국 15세기와 16세기에 의학 문헌, 특히 부인과에서 범생설 원리가 광범위하게 사용되는 것으로 이어졌다. 다윈 이전의 이 사상의 중요한 적용에는 인종 분화의 기원에 대한 가설이 포함되었다.
1745년 피에르 루이 모페르튀이가 제시한 이론은 부모 양쪽의 입자가 자녀의 속성을 지배한다고 주장했지만, 일부 역사가들은 이 주제에 대한 그의 언급이 피상적이고 모호하다고 평가했다.
범생설 초기 역사
1749년 프랑스 박물학자 조르주루이 르클레르 드 뷔퐁 백작은 다윈의 범생설과 매우 유사한 유전 가설 체계를 개발했는데, 이 체계에서는 '유기 분자'가 번식 중 자손에게 전달되고 발달 중 신체에 저장되었다. 뷔퐁의 견해에 대해 다윈은 "만약 뷔퐁이 그의 유기 분자들이 몸 전체의 각 개별 단위에 의해 형성되었다고 가정했다면, 그의 견해와 나의 견해는 매우 유사했을 것이다"라고 말했다.
1801년 이래즈머스 다윈은 자신의 저서 『동물학』 제3판에서 범생설 가설을 옹호했다. 1809년 장바티스트 라마르크는 자신의 『동물 철학』에서 유기체의 생애 동안 환경적 또는 행동적 영향으로 획득된 특성이 자손에게 전달될 수 있다는 사상에 대한 증거를 제시했다. 찰스 다윈은 1820년대 후반 에든버러 대학교 의과대학에서 연구를 도왔던 로버트 에드먼드 그랜트를 통해서와 이래즈머스의 저널을 통해서 용불용설과 중요한 첫 접촉을 했다. 다윈이 유전과 관련된 라마르크적 사상에 대해 처음으로 알려진 글은 1837년에 열었던 노트에 있는데, 이 노트 또한 『동물학』이라는 제목이 붙어 있었다. 역사가 조너선 호지는 범생설 자체가 1841년 다윈의 노트에 처음 등장했다고 주장한다.
범생설 초기 역사
1861년 아일랜드 의사 헨리 프레케는 자신의 저서 『유기적 친화력에 의한 종의 기원』에서 범생설의 변형을 개발했다. 프레케는 모든 생명체가 '조직화 물질의 독특한 종'으로 존재하며 다른 생물학적 구조로 발달하는 미세한 유기적 작용제인 과립에서 발달했다고 제안했다.
『변이』 출판 4년 전, 1864년 저서 『생물학 원리』에서 허버트 스펜서는 다윈의 젬뉼과 유사한 "생리적 단위" 이론을 제안했는데, 이 또한 특정 신체 부위와 관련되어 있으며 해당 신체 부위의 특성을 자손에게 전달하는 역할을 한다고 주장했다. 그는 획득형질의 전달이라는 용불용설적 사상을 지지했다.
다윈은 유전 이론을 발표할지 여부를 그 매우 사변적인 성격 때문에 오랫동안 논의했다. 그는 1865년 5월에 그의 친한 친구이자 지지자인 토머스 헉슬리에게 30페이지짜리 원고를 보낸 후 『변이』에 범생설을 포함하기로 결정했는데, 헉슬리의 상당한 비판에 직면하여 다윈은 더욱 망설이게 되었다. 그러나 헉슬리는 결국 다윈에게 출판을 권유하며 이렇게 썼다. "50년 후에 당신의 논문들을 뒤적이는 누군가가 범생설을 발견하고 '이 현대 이론들에 대한 놀라운 예측을 보라—그리고 그 멍청한 바보 헉슬리가 그것을 출판하는 것을 막았다'고 말할 것이다." 다윈의 초기 범생설 버전은 1868년 『변이』 초판에 등장했으며, 1875년 재판 발행을 위해 나중에 수정되었다.
범생설 이론
다윈의 범생설 이론은 유성 생식, 형질의 유전, 그리고 세포 재생과 같은 복잡한 발생생물학적 현상을 통합된 기계론적 구조로 설명하려고 시도했다. 류룽성은 현대적 관점에서 범생설이 "우성 유전, 접목 잡종, 회귀, 제니아, 원격 유전, 획득형질 유전, 재생 및 변이, 유전, 발달에 관한 많은 사실 그룹"의 문제를 다룬다고 썼다. 기계론적으로 다윈은 범생설이 '젬뉼'이라고 명명한 유기 입자의 전달을 통해 발생한다고 제안했다. 그가 때때로 plastitudes라고도 불렀던 젬뉼, 판진, 과립, 또는 세균은 신체 기관에 의해 배출되어 혈류를 통해 생식 기관으로 운반되어 생식 세포 또는 배우자에 축적되는 것으로 가정되었다. 그들의 축적은 일종의 '상호 친화력'에 의해 일어나는 것으로 생각되었다. 각 젬뉼은 특정 신체 부위와 특별히 관련되어 있다고 말했다. 즉, 그들은 전체 유기체에 대한 정보를 포함하지 않았다. 다른 유형들은 온몸에 분산되어 있으며 '적절한 영양분'이 주어지면 자가 복제가 가능하다고 가정되었다. 생식 과정을 통해 자손에게 전달될 때, 젬뉼은 유기체의 각 부분을 발달시키고 양 부모로부터 물려받은 특성을 표현하는 역할을 한다고 생각되었다. 다윈은 이것이 문자 그대로 일어난다고 생각했다. 그는 세포 증식이 젬뉼이 동일한 특성의 더 발달된 세포에 결합하고 성숙하는 것으로 진행된다고 설명했다. 이런 의미에서 각 개인의 독특함은 부모 젬뉼의 독특한 혼합, 즉 특성 때문일 것이다. 한 부모에 대한 다른 부모의 유사성은 한 부모 젬뉼의 양적 우월성으로 설명될 수 있었다. 류용성 루는 다윈이 세포가 자가 분열로 증식할 수 있다는 것을 알고 있었으므로 다윈이 두 증식 메커니즘이 서로 어떻게 관련되어 있다고 생각했는지는 불분명하다고 지적한다. 그는 나중에 젬뉼이 성숙한 세포가 아닌 발달 중인 세포에만 결합하고 증식한다고 항상 가정했다고 분명히 밝혔다. 다윈은 1870년 J. D. 후커에게 보낸 편지에서 젬뉼이 몸 밖에서 생존하고 증식할 수 있을지도 모른다고 가설을 세웠다.
범생설 이론
일부 젬뉼은 여러 세대 동안 휴면 상태로 남아있는 반면, 다른 젬뉼은 모든 자손에 의해 일상적으로 표현되는 것으로 생각되었다. 모든 아이는 양쪽에서 오는 부모와 조부모 젬뉼의 혼합물의 선택적 표현으로 구성되었다. 다윈은 이를 정원 가꾸기에 비유했다. 화단에는 "대부분이 곧 발아하고, 일부는 일정 기간 휴면하며, 다른 일부는 소멸하는" 씨앗이 뿌려질 수 있었다. 그는 젬뉼이 혈액 속에 있다고 주장하지 않았지만, 그의 이론은 종종 이런 식으로 해석되었다. 플레밍 젠킨의 『종의 기원』 비평에 답하며 그는 범생설이 일부 유리한 변이를 집단 내에서 보존하여 혼합을 통해 사라지지 않게 할 것이라고 주장했다.
다윈은 변형된 특성을 유발하는 환경적 영향이 해당 신체 부위에 대한 변형된 젬뉼로 이어질 것이라고 생각했다. 변형된 젬뉼은 유기체의 생애 동안 생성된다고 가정했으므로 자손에게 전달될 가능성이 있었다. 따라서 범생설 이론은 사용과 불용을 통해 획득된 특성의 전달이라는 용불용설적 사상을 허용했다. 신체의 잘못된 부분에서 우발적인 젬뉼 발달은 다윈이 『변이』에서 인용한 변형과 '기형'을 설명할 수 있었다.
범생설 이론
휘호 더프리스는 1889년 자신의 저서 『세포 내 범생설』에서 자신의 범생설 이론 버전을 두 가지 명제로 특징지었는데, 그는 그 중 첫 번째 명제만 받아들였다.
I. 세포 내에는 수많은 입자들이 서로 다르게 존재하며, 개별 세포, 기관, 기능 및 전체 개체의 특성을 나타낸다. 이 입자들은 화학 분자보다 훨씬 크고 알려진 가장 작은 유기체보다 작지만, 영양과 성장을 통해 분열하고 증식할 수 있다는 점에서 후자와 대부분 비교될 수 있다. 이들은 세포 분열 중에 딸 세포로 전달된다. 이것이 보통의 유전 과정이다.
범생설 이론
II. 이 외에도 유기체의 세포는 발달의 모든 단계에서 그러한 입자들을 방출하며, 이 입자들은 생식 세포로 전달되어 해당 세포가 발달 중에 획득했을 수 있는 특성을 생식 세포에 전달한다.
과학사학자 재닛 브라운은 허버트 스펜서와 칼 폰 내겔리도 젬뉼을 포함하는 유전 시스템에 대한 아이디어를 제시했지만, 그들의 젬뉼 버전은 다윈의 것과 달리 "전체 생물을 위한 완전한 미세 청사진"을 포함했다는 점에서 다르다고 지적한다. 스펜서는 다윈의 『변이』 출판 3년 전에 자신의 "생리적 단위" 이론을 발표했다. 브라운은 다윈이 각 신체 부위에서 나오는 젬뉼을 특별히 믿었던 것은 그것들이 환경적 영향이 어떻게 특성으로 자손에게 전달될 수 있는지를 설명할 수 있기 때문이라고 덧붙였다.
범생설 이론
범생설에 대한 해석과 적용은 아우구스트 바이스만의 실험과 1892년 생식질 이론의 후속 출판까지 의학 문헌에 자주 등장했다. 예를 들어, 헉슬리의 연설은 제임스 로스 박사가 다윈의 범생설에서 발견된 아이디어를 질병의 세균설과 연결하는 데 상당한 작업에 박차를 가했다. 로스는 다윈과 스펜서의 작업을 범생설 이론 적용의 핵심으로 인용한다.
범생설 붕괴
다윈의 이종사촌인 프랜시스 골턴은 유전에 대한 광범위한 조사를 수행했으며, 이는 그가 찰스 다윈의 가설적 범생설 이론을 반박하게 만들었다. 다윈과의 상의 끝에 그는 젬뉼이 혈액 속에 운반되는지 확인하기로 했다. 1869년부터 1871년까지 이어진 일련의 긴 실험에서 그는 서로 다른 품종의 토끼들 사이에 피를 수혈하고 그들의 자손의 특징을 조사했다. 그는 수혈된 피에서 특성이 전달된다는 증거를 찾지 못했다.
골턴은 다윈이 옳다는 것을 증명하려는 선의로 작업을 시작했고, 1869년 『유전적 천재』에서 범생설을 칭찬했기 때문에 괴로워했다. 그는 조심스럽게 사촌의 이론을 비판했지만, 그의 발언을 다윈의 젬뉼(그는 이것을 "판진"이라고 불렀다)이 그의 실험에서 발견되지 않은 혈액의 일시적인 거주자일 수 있다고 단서를 달았다.
다윈은 골턴의 실험의 타당성에 이의를 제기했으며, 네이처(Nature)에 발표된 기사에서 다음과 같이 이유를 밝혔다.
범생설 붕괴
이제, 내 『가축과 재배 식물의 변이』의 범생설 장에서 나는 혈액이나 순환계에 고유한 어떤 액체에 대해서도 한마디도 하지 않았다. 사실, 혈액 속에 젬뉼이 존재한다는 것이 내 가설의 필수적인 부분이 될 수 없다는 것은 명백하다. 나는 그것을 설명하기 위해 혈액이나 혈관이 없는 원생동물과 같은 가장 낮은 동물들을 언급하고, 혈관에 액체가 존재하더라도 진정한 혈액으로 간주될 수 없는 식물들을 언급한다. 그러나 나는 골턴 씨의 실험에 대해 처음 들었을 때 그 문제에 대해 충분히 생각하지 못했고, 혈액 속에 젬뉼이 존재한다는 것을 믿는 데 어려움을 보지 못했다.
골턴의 실험 결과가 유포된 후, 범생설에 대한 인식은 곧바로 심각한 회의론으로, 심지어는 완전한 불신으로 바뀌었다.
범생설 붕괴
아우구스트 바이스만의 아이디어는 1892년 저서 『생식질: 유전 이론』(Das Keimplasma: eine Theorie der Vererbung)에 제시되었는데, 유전 물질(그는 이를 생식질이라고 불렀다)과 신체의 나머지 부분(체세포)은 일방적인 관계를 가지고 있다는 것이었다. 즉, 생식질이 신체를 형성하지만, 신체는 생식질에 영향을 미치지 않는다. 자연 선택에 따라 집단에 참여하는 간접적인 경우를 제외하고는. 이 구분은 일반적으로 바이스만 장벽이라고 불린다. 만약 이것이 맞다면 다윈의 범생설은 틀렸고 라마르크 유전은 불가능하다는 것이 된다. 그의 쥐 실험, 즉 쥐의 꼬리를 자르고 여러 세대에 걸쳐 자손의 꼬리가 정상임을 보여주는 실험은 라마르크 유전의 비존재에 대한 증거로 제시되었지만, 피터 고티에는 바이스만 실험이 부상이 생식질에 영향을 미치지 않는다는 것만을 보여주었으며 라마르크적 사용 및 불용의 효과를 테스트하지 못했다고 주장했다. 바이스만은 다윈주의를 강력하고 독단적으로 옹호하고 신라마르크주의에 반대하여 다른 과학자들 사이에서 의견을 양극화시켰다. 이것은 반다윈주의 감정을 증가시켜 다윈주의의 일식에 기여했다.
범생설 붕괴
다윈의 범생설 이론은 부모가 평생 동안 획득한 형질을 물려줄 수 있다는 용불용설적 전제 때문에 광범위하게 비판받았다. 반대로, 당시의 신라마르크주의자들은 범생설을 그들의 주장을 지지하는 증거로 삼았다. 이탈리아 식물학자 페데리코 델피노가 젬뉼의 자가 분열 능력이 그들의 본질적인 특성과 모순된다는 주장은 상당한 설득력을 얻었지만, 다윈은 이 비판을 일축하며 천연두와 성홍열의 입자성 병원균도 그러한 특성을 가지고 있는 것 같다고 언급했다. 라마르크주의는 아우구스트 바이스만의 1880년대 연구가 사용(예: 근육량을 늘리기 위해 역기를 드는 것) 및 불용(예: 게으름을 피우고 약해지는 것)으로 인한 변화가 유전되지 않는다는 것을 보여주면서 인기가 떨어졌다. 그러나 일부 과학자들은 골턴과 바이스만의 결과에도 불구하고 계속해서 지지 의견을 표명했다. 특히 1900년 칼 피어슨은 범생설이 "'혈액에서 젬뉼이 발견되지 않았다'는 진술에 의해 반증되지 않는 것은 원자설이 공기 중에서 원자가 발견되지 않았다는 사실에 의해 반증되지 않는 것과 같다"고 썼다. 마침내 1900년 멘델의 유전법칙 재발견으로 범생설은 완전히 폐기되었다. 줄리언 헉슬리는 이후 염색체 발견과 T. H. 모건의 연구 또한 범생설을 유지 불가능하게 만들었다고 언급했다.
범생설 붕괴
다윈의 범생설 원리 중 일부는 표현형적 가소성의 유전적 측면과 관련이 있지만, 젬뉼이 독특한 유기 입자라는 주장은 단호하게 거부되었다. 그러나 1950년대부터 많은 연구 그룹들이 골턴의 실험을 다시 검토하면서 DNA 주입이나 수혈 후 토끼와 닭에서 유전적 특성이 실제로 발생할 수 있음을 발견했다. 이 유형의 연구는 1940년대 후반 소련에서 소피코프 등의 연구에서 시작되었고, 소련 과학자들이 더 발전시키는 동안 스위스 연구자들에 의해 나중에 입증되었다. 특히 이 연구는 트로핌 리센코의 사상과 일치했기 때문에 소련에서 지지를 받았다. 리센코는 리센코주의의 일부로 신라마르크주의 버전을 옹호했다. 획득형질의 유전성에 대한 추가 연구는 부분적으로 현대 후성유전학 분야로 발전했다. 다윈 자신도 "자유로운 젬뉼의 존재는 불필요한 가정"이라고 언급했다. 현대적 해석에 따르면, 젬뉼은 분자 수준에서 비멘델식으로 유전되는 DNA, RNA, 단백질, 프리온 및 기타 이동성 요소의 예지적인 혼합으로 간주될 수 있다. 류는 젬뉼이 몸 밖에서 복제된다는 다윈의 아이디어가 예를 들어 PCR에서 사용되는 시험관 내 유전자 복제를 예측한다고 지적한다.
복제 기점
복제 기점(複製起點, origin of replication)은 유전체에서 복제가 시작되는 특정 서열이다. 세대 간 유전 물질의 전파는 각 딸세포가 염색체를 온전히 받도록 세포 분열 전에 반보존적 복제에 의한 DNA의 적시적이고 정확한 복제를 필요로 한다. 이는 원핵생물 및 진핵생물과 같은 살아있는 생물에서의 DNA 복제 또는 이중 가닥 RNA 바이러스와 같은 DNA 바이러스 또는 RNA 바이러스에서의 DNA 또는 RNA 복제를 포함할 수 있다. 딸 가닥의 합성은 복제 기점이라 불리는 이산적인 부위에서 시작되며, 모든 유전체 DNA가 복제될 때까지 양방향으로 진행된다. 이러한 사건들의 근본적인 특성에도 불구하고, 유기체는 복제 개시를 조절하는 놀랍도록 다양한 전략들을 진화시켜왔다. 특정 복제 기점 조직 구조 및 인식은 종마다 다르지만, 몇 가지 공통적인 특징은 공유된다.
복제 기점 특징
DNA 복제의 주요 전제 조건은 유전적 변이의 축적을 방지하기 위해 세포 주기당 단 한 번, 매우 높은 충실도와 효율성으로 발생해야 한다는 것이다. 이는 세포 생존 및 개체의 생존력에 잠재적으로 해로운 결과를 초래할 수 있다. 불완전하거나, 오류가 있거나, 시기 부적절한 DNA 복제 사건은 돌연변이, 염색체 배수성 또는 이수성, 유전자 복제 수 변이를 일으킬 수 있으며, 이들 각각은 다시 암을 포함한 질병으로 이어질 수 있다. 전체 유전체의 완전하고 정확한 복제와 자손 세포로의 유전 정보의 올바른 흐름을 보장하기 위해, 모든 DNA 복제 사건은 세포 주기 신호와 밀접하게 조절될 뿐만 아니라 전사 및 DNA 수선과 같은 다른 세포 사건들과도 조율된다. 또한, 아데닌과 티민의 반복은 구아닌과 사이토신의 염기 쌓임 상호작용만큼 강하지 않기 때문에 분리하기가 더 쉬워서 모든 계통에서 기점 서열은 일반적으로 높은 AT 함량을 가진다.
복제 기점 특징
DNA 복제는 여러 단계로 나뉜다. 개시 동안, 복제소라 불리는 복제 기구는 DNA 위에 양방향으로 조립된다. 이 조립 위치는 DNA 복제의 시작 부위 또는 복제 기점을 구성한다. 연장 단계에서, 복제소는 복제 포크와 함께 반대 방향으로 이동하며, DNA 나선을 풀고 부모 가닥을 주형으로 사용하여 상보적인 딸 DNA 가닥을 합성한다. 복제가 완료되면, 특정 종결 사건은 복제소의 해체를 유도한다. 세포 분열 전에 전체 유전체가 복제되는 한, 복제 시작 부위의 위치는 중요하지 않다고 생각할 수 있지만, 많은 유기체는 선호하는 유전체 영역을 기점으로 사용한다는 것이 밝혀졌다. 기점 위치를 조절할 필요성은 DNA 가닥 절단 및 DNA 손상을 피하기 위해 공유된 염색질 주형에 작용하는 다른 과정들과 DNA 복제를 조율해야 하는 필요성에서 발생할 가능성이 높다.
복제 기점 레플리콘 모델
50년도 더 전에 프랑수아 자코브, 시드니 브레너, 그리고 쿠진은 대장균의 염색체 DNA 합성 조절을 설명하기 위해 레플리콘 가설을 제안했다. 이 모델은 확산성 전사작용 인자인 개시자가 시스작용 DNA 요소인 복제자와 상호작용하여 근처 기점에서의 복제 개시를 촉진한다고 가정한다. 복제자에 결합하면 개시자(종종 공동 로더 단백질의 도움을 받음)는 헬리케이스를 DNA에 로딩하고, 이는 추가 복제소 구성 요소의 모집과 전체 복제 기구의 조립을 유도한다. 따라서 복제자는 복제 개시 사건의 위치를 지정하고, 단일 기점 또는 개시 사건에서 복제되는 염색체 영역은 레플리콘으로 정의된다.
복제 기점 레플리콘 모델
레플리콘 가설의 근본적인 특징은 DNA 복제 개시를 조절하기 위해 양성 조절에 의존한다는 점이며, 이는 세균 및 파지 시스템의 많은 실험적 관찰을 설명할 수 있다. 예를 들어, 숙주 세포에 도입될 때 기점 없는 염색체 외 DNA가 복제되지 않는 현상을 설명한다. 또한 대장균에서 특정 플라스미드가 동일한 분자 개시 기구에 대한 경쟁으로 인해 서로의 유전을 불안정하게 만드는 플라스미드 비호환성을 합리화한다. 대조적으로 음성 조절 모델(전사에 대한 레플리콘-작동자 모델과 유사)은 위에서 언급한 결과를 설명하지 못한다. 그럼에도 불구하고, 자코브, 브레너, 쿠진의 레플리콘 모델 제안 이후의 연구는 세균 및 진핵생물에서 양성 및 음성 조절 요소를 모두 포함하는 복제 조절의 많은 추가 층을 발견했으며, 이는 DNA 복제를 시간적, 공간적으로 제한하는 복잡성과 중요성을 강조한다.
복제 기점 레플리콘 모델
유전적 실체로서의 복제자 개념은 원핵생물에서 복제자 DNA 서열 및 개시자 단백질을 식별하는 데 매우 유용하다는 것이 입증되었으며, 생명의 영역 간에 복제자의 조직 및 복잡성이 상당히 다르기는 하지만 진핵생물에서도 어느 정도 마찬가지이다. 세균 유전체는 일반적으로 합의된 DNA 서열 요소에 의해 지정되며 전체 염색체의 복제를 제어하는 단일 복제자를 포함하는 반면, 출아 효모를 제외한 대부분의 진핵 복제자는 DNA 서열 수준에서 정의되지 않는다. 대신, 국부적인 DNA 구조 및 염색질 신호에 의해 조합적으로 지정되는 것으로 보인다. 진핵생물 염색체는 세균 염색체보다 훨씬 커서, 전체 유전체의 적시 복제를 보장하기 위해 많은 기점에서 동시에 DNA 합성을 시작해야 한다. 또한, 주어진 세포 주기에서 복제를 시작하기 위해 활성화되는 것보다 훨씬 많은 복제 헬리케이스가 로딩된다. 복제자의 맥락 중심 정의와 기점 선택은 DNA 복제 프로그램의 유연성을 허용하는 진핵 시스템의 완화된 레플리콘 모델을 시사한다. 복제자와 기점은 염색체상에서 물리적으로 떨어져 있을 수 있지만, 종종 공동으로 위치하거나 밀접하게 인접해 있다. 따라서 간단히 이 검토에서는 두 요소를 '기점'으로 지칭한다. 종합적으로, 다양한 유기체에서 기점 서열의 발견 및 분리는 복제 개시의 기계론적 이해를 얻는 데 중요한 이정표가 된다. 또한, 이러한 성과는 세균, 효모 및 포유류 세포에서 증식할 수 있는 셔틀 벡터 개발에 심오한 생명공학적 함의를 가졌다.
복제 기점 세균
대부분의 세균 염색체는 원형이며 단일 염색체 복제 기점(oriC)을 포함한다. 세균의 oriC 영역은 크기(250 bp에서 2 kbp까지), 서열, 조직이 놀랍도록 다양하지만, 일반적으로 복제 개시를 유도하는 능력은 세균 개시자, 즉 DnaA라는 단백질에 의한 합의 DNA 요소의 서열 특이적 판독에 의존한다. 세균의 기점은 연속적이거나 이분적이며, 기점 활성을 조절하는 세 가지 기능적 요소, 즉 DnaA에 의해 특이적으로 인식되는 보존된 DNA 반복 서열(DnaA-box라 불림), AT가 풍부한 DNA 풀림 요소 (DUE), 그리고 복제 개시를 조절하는 데 도움이 되는 단백질의 결합 부위를 포함한다. DnaA의 이중 가닥(ds) DnaA-box 영역과 DUE의 단일 가닥(ss) DNA 모두와의 상호작용은 기점 활성화에 중요하며, 개시자 단백질의 서로 다른 도메인에 의해 매개된다. 각각 헬릭스-턴-헬릭스 (HTH) DNA 결합 요소와 다양한 세포 활동과 관련된 AAA+ 도메인이다. 세균 왕국 전반에 걸쳐 기점 관련 DnaA-box의 서열, 수, 배열은 다양하지만, 주어진 종에서의 특정 위치와 간격은 oriC 기능과 생산적인 개시 복합체 형성에 중요하다.
복제 기점 세균
세균 중 대장균은 복제 기점의 조직, 인식 및 활성화 메커니즘을 연구하는 데 특히 강력한 모델 시스템이다. 대장균 oriC는 DnaA에 대한 친화성과 보조 인자 ATP에 대한 의존성이 다른 네 가지 유형의 개시자 결합 요소를 포함하는 약 ~260 bp 영역으로 구성된다. DnaA-box R1, R2, R4는 개시자의 뉴클레오타이드 결합 상태와 관계없이 DnaA의 HTH 도메인에 의해 결합되는 고친화성 부위를 구성한다. 대조적으로 R-부위 사이에 산재된 I, τ, C-부위는 저친화성 DnaA-box이며 ATP 결합 DnaA와 우선적으로 결합하지만, 특정 조건에서는 ADP-DnaA가 ATP-DnaA를 대체할 수 있다. HTH 도메인이 고친화성 및 저친화성 DnaA 인식 요소에 결합하면 ATP 의존적인 DnaA의 AAA+ 모듈의 고차 올리고머화가 촉진되어 DNA를 외부 표면에 감싸는 오른손잡이 필라멘트를 형성하고, 이로 인해 인접한 AT-풍부 DUE의 용융을 용이하게 하는 초나선 비틀림이 생성된다. DNA 가닥 분리는 근위 DUE 영역에 있는 삼중 반복 서열인 DnaA-삼합체와 DnaA의 AAA+ ATP가수분해효소 도메인과의 직접적인 상호작용에 의해 추가적으로 도움을 받는다. 개시자 필라멘트에 의한 단일 가닥 삼뉴클레오타이드 세그먼트의 결합은 DNA를 늘이고 재결합을 방지함으로써 개시 거품을 안정화시킨다. DnaA-삼합체 기점 요소는 많은 세균 종에서 보존되어 있어 기점 기능에 중요한 요소임을 나타낸다. 용융 후, DUE는 대장균 복제 헬리케이스 DnaB의 진입 부위를 제공하며, 이 DnaB는 로더 단백질 DnaC에 의해 각 단일 DNA 가닥에 로딩된다.
복제 기점 세균
DnaA의 다양한 DNA 결합 활성은 생화학적으로 광범위하게 연구되었고 다양한 아포, ssDNA- 또는 dsDNA-결합 구조가 결정되었지만, 고차 DnaA-oriC 개시 어셈블리의 정확한 구조는 여전히 불분명하다. 필수 기점 요소의 조직과 DnaA 매개 oriC 용융을 설명하기 위해 두 가지 모델이 제안되었다. 2상 모델은 이중 가닥 DNA 결합 모드(조직화 복합체)에서 DUE의 단일 가닥 DNA 결합 모드(용융 복합체)로 전환되는 연속적인 DnaA 필라멘트를 가정한다. 대조적으로 루프백 모델에서는 DNA가 oriC에서 급격히 구부러져 개시자 필라멘트에 다시 접히므로 DnaA 단량체가 이중 및 단일 가닥 DNA 영역에 동시에 결합한다. 따라서 DnaA에 의해 oriC DNA가 정확히 어떻게 조직되는지를 밝히는 것은 향후 연구의 중요한 과제로 남아 있다. 개시 복합체 구조에 대한 통찰력은 기점 DNA가 어떻게 용융되는지뿐만 아니라, 풀린 DUE의 노출된 각 단일 DNA 가닥에 복제 헬리케이스가 어떻게 방향적으로 로딩되는지, 그리고 이러한 사건들이 개시자 및 특정 로더 단백질과의 헬리케이스 상호작용에 의해 어떻게 도움을 받는지를 설명하는 데 도움이 될 것이다.
복제 기점 고세균
고세균의 복제 기점은 세균의 oriC의 조직적 특징 중 일부를 공유하지만 전부는 아니다. 세균과 달리 고세균은 종종 염색체당 여러 기점(1개에서 4개 보고됨)에서 복제를 시작하지만, 고세균 기점에는 기점 기능을 조절하는 특수 서열 영역도 있다. 이러한 요소에는 DNA 서열 특이적 기점 인식 상자(ORB 또는 미니ORB)와 하나 또는 여러 ORB 영역에 의해 둘러싸인 AT가 풍부한 DUE가 모두 포함된다. ORB 요소는 수, 배열, 서열 면에서 다양한 고세균 종과 단일 종 내의 다른 기점 간에 상당한 다양성을 보인다. 개시자인 고세균의 Orc1/Cdc6는 ORB 영역에 결합하여 추가적인 복잡성을 유도한다. 고세균 유전체는 일반적으로 서로 다른 ORB 요소에 대한 친화도가 크게 다르며 기점 활성에 차등적으로 기여하는 Orc1/Cdc6의 여러 파라로그를 암호화한다. 예를 들어, 술폴로부스 솔파타리쿠스에서는 세 개의 염색체 기점(oriC1, oriC2, oriC3)이 매핑되었으며, 생화학적 연구는 이 부위에서 개시자들의 복잡한 결합 패턴을 밝혀냈다. oriC1의 동족 개시자는 여러 ORB와 결합하는 Orc1-1이다. oriC2와 oriC3은 Orc1-1과 Orc1-3 모두에 의해 결합된다. 반대로, 세 번째 파라로그인 Orc1-2는 세 기점 모두에서 풋프린트를 남기지만 복제 개시를 음성적으로 조절한다고 가정되었다. 또한, Orc1/Cdc6와 무관한 개시자인 WhiP 단백질도 모든 기점에 결합하며 밀접하게 관련된 Sulfolobus islandicus에서 oriC3의 기점 활성을 유도하는 것으로 나타났다. 고세균 기점은 종종 여러 인접한 ORB 요소를 포함하기 때문에 여러 Orc1/Cdc6 파라로그가 동시에 기점으로 모집되어 일부 경우에 올리고머화될 수 있지만, 세균 DnaA와 달리 고차 개시자 어셈블리의 형성은 고세균 영역에서 기점 기능의 일반적인 전제 조건은 아닌 것으로 보인다.
복제 기점 고세균
구조 연구는 고세균 Orc1/Cdc6가 ORB 요소를 인식하고 기점 DNA를 재형성하는 방법에 대한 통찰력을 제공했다. Orc1/Cdc6 파라로그는 두 개의 도메인 단백질이며, C-말단 날개-헬릭스 폴드와 융합된 AAA+ ATP가수분해효소 모듈로 구성된다. Orc1/Cdc6의 DNA 복합체 구조는 ORB 요소 내에 역방향 반복 서열이 있음에도 불구하고 ORB가 Orc1/Cdc6 단량체에 의해 결합된다는 것을 보여주었다. ATP가수분해효소 및 날개-헬릭스 영역 모두 DNA 이중체와 상호작용하지만, 역방향 ORB 반복 서열과는 비대칭적으로 접촉하여 Orc1/Cdc6를 반복 서열상에서 특정 방향으로 정렬한다. 흥미롭게도 DUE를 둘러싼 ORB 또는 미니ORB 요소는 종종 반대 극성을 가지며, 이는 Orc1/Cdc6의 AAA+ 덮개 하위 도메인과 날개-헬릭스 도메인이 DUE의 양쪽에 서로 마주 보는 방식으로 위치한다고 예측한다. Orc1/Cdc6의 두 영역 모두 미니염색체 유지(MCM) 복제 헬리케이스와 연관되어 있기 때문에, 이러한 ORB 요소와 Orc1/Cdc6의 특정 배열은 두 MCM 복합체를 DUE에 대칭적으로 로딩하는 데 중요할 가능성이 높다. 놀랍게도 ORB DNA 서열은 Orc1/Cdc6 결합의 방향성을 결정하지만, 개시자는 DNA와 상대적으로 적은 서열 특이적 접촉을 한다. 그러나 Orc1/Cdc6는 DNA를 심하게 풀고 구부리며, 이는 기점을 인식하기 위해 DNA 서열과 맥락 의존적 DNA 구조 특징의 혼합에 의존한다는 것을 시사한다. 특히, 결정 구조에서 Orc1/Cdc6 결합 시 왜곡된 DNA 이중체에서 염기쌍이 유지되는 반면, 생화학적 연구에서는 고세균 개시자가 세균 DnaA와 유사하게 DNA를 용융시킬 수 있는지에 대해 상반되는 결과가 나왔다. 고세균과 진핵 개시자 및 복제 헬리케이스의 진화적 친족 관계는 고세균 MCM이 이중 가닥 DNA에 로딩될 가능성이 높다는 것을 나타내지만(다음 섹션 참조), 고세균 시스템에서 기점 용융 및 헬리케이스 로딩의 시간적 순서와 기점 DNA 용융 메커니즘은 여전히 명확하게 확립되어야 한다. 마찬가지로 MCM 헬리케이스가 DNA에 정확히 어떻게 로딩되는지는 향후 연구에서 다루어져야 할 중요한 질문이다.
복제 기점 진핵생물
진핵생물의 기점 조직, 지정 및 활성화는 세균 또는 고세균 영역보다 더 복잡하며 원핵생물 복제 개시의 패러다임과 크게 다르다. S. cerevisiae의 12 Mbp에서 일부 식물의 100 Gbp 이상에 이르는 진핵 세포의 거대한 유전체 크기는 각 세포 주기 동안 모든 염색체의 DNA 복제를 완료하기 위해 수백 개(출아 효모)에서 수만 개(인간)의 기점에서 DNA 복제가 시작되어야 한다. S. cerevisiae 및 관련 Saccharomycotina 종을 제외하고, 진핵 기점은 합의된 DNA 서열 요소를 포함하지 않지만, 그 위치는 국부적 DNA 토폴로지, DNA 구조적 특징, 염색질 환경과 같은 맥락적 신호에 의해 영향을 받는다.
복제 기점 진핵생물
진핵생물의 기점 기능은 세포 주기의 후기 M 및 G1기 동안 복제 헬리케이스를 DNA에 로딩하는 데 보존된 개시자 단백질 복합체에 의존한다. 이 단계는 기점 허가로 알려져 있다. 세균의 헬리케이스와 대조적으로 진핵생물의 복제 헬리케이스는 비활성 이중 육량체 형태로 기점 이중 가닥 DNA에 로딩되며, 그 중 일부(포유류 세포에서는 10-20%)만이 주어진 S기 동안 활성화되는데, 이 사건들을 기점 발사라고 한다.
복제 기점 진핵생물
따라서 활성 진핵 기점의 위치는 적어도 두 가지 다른 수준에서 결정된다. 모든 잠재적 기점을 표시하기 위한 기점 허가와 복제 기구의 조립 및 DNA 합성 개시를 허용하는 부분 집합을 선택하기 위한 기점 발사이다. 추가적으로 허가된 기점은 백업 역할을 하며, 근처 복제 포크의 속도 저하 또는 정체 시에만 활성화되어 세포가 복제 스트레스를 겪을 때 DNA 복제가 완료될 수 있도록 보장한다. 스트레스가 없을 때, 추가 기점의 발사는 복제 관련 신호 전달 메커니즘에 의해 억제된다. 종합적으로, 허가된 기점의 과잉과 기점 허가 및 발사의 엄격한 세포 주기 제어는 과소복제 및 과다복제를 방지하고 진핵 유전체의 무결성을 유지하기 위한 두 가지 중요한 전략을 구현한다.
복제 기점 진핵생물
S. cerevisiae에 대한 초기 연구는 진핵생물의 복제 기점이 원핵생물과 유사하게 DNA 서열 특이적 방식으로 인식될 수 있음을 나타냈다. 출아 효모에서 유전적 복제자를 찾은 결과, 염색체 외 DNA의 효율적인 DNA 복제 개시를 지원하는 자율 복제 서열(ARS)이 확인되었다. 이 ARS 영역은 길이가 약 100-200 bp이며, A, B1, B2 및 때로는 B3 요소들을 포함하는 다분할 조직을 보여주는데, 이들 요소들은 함께 기점 기능에 필수적이다. A 요소는 보존된 11 bp ARS 컨센서스 서열(ACS)을 포함하며, 이는 B1 요소와 함께 진핵 복제 개시자인 이종육량체 기점 인식 복합체 (ORC)의 주요 결합 부위를 구성한다. ORC 내에서 5개의 서브유닛은 보존된 AAA+ ATP가수분해효소 및 날개-헬릭스 폴드를 기반으로 하며, DNA를 둘러싸는 오량체 고리로 공동 조립된다. 출아 효모 ORC에서 ATP가수분해효소 및 날개-헬릭스 도메인의 DNA 결합 요소와 일부 ORC 서브유닛의 인접한 염기성 패치 영역은 ORC 고리의 중앙 구멍에 위치하여 ATP 의존적 방식으로 ACS의 DNA 서열 특이적 인식을 돕는다. 대조적으로 B2 및 B3 요소의 역할은 덜 명확하다. B2 영역은 서열상 ACS와 유사하며 특정 조건에서 두 번째 ORC 결합 부위 또는 복제 헬리케이스 코어의 결합 부위로 기능한다고 제안되었다. 반대로 B3 요소는 전사 인자 Abf1을 모집하지만, B3는 모든 출아 효모 기점에서 발견되지 않으며 Abf1 결합이 기점 기능에 엄격하게 필수적인 것으로 보이지는 않는다.
복제 기점 진핵생물
S. cerevisiae 또는 그 근연종 이외의 진핵생물에서의 기점 인식은 보존된 기점 DNA 요소의 서열 특이적 판독에 따르지 않는다. 진핵생물 종에서 일반적으로 특정 염색체 복제자 서열을 유전적으로 또는 개시자 결합 또는 복제 시작 부위의 유전체 전체 매핑을 통해 분리하려는 시도는 기점에서 명확한 합의 서열을 식별하는 데 실패했다. 따라서 출아 효모의 서열 특이적 DNA-개시자 상호작용은 진핵생물 영역 전반에 걸친 기점 지정을 위한 전형적인 모드라기보다는 이 시스템의 특화된 기점 인식 모드를 나타낸다. 그럼에도 불구하고 DNA 복제는 진핵생물 유전체 전체에 걸쳐 무작위로 분포되지 않은 이산적인 부위에서 시작되며, 이는 이러한 시스템에서 기점의 염색체 위치를 결정하는 다른 수단이 있음을 주장한다. 이러한 메커니즘에는 DNA 접근성, 뉴클레오타이드 서열 기울기(AT-풍부도와 CpG 섬 모두 기점과 관련됨), 뉴클레오솜 위치 지정, 후성유전학적 특징, DNA 토폴로지 및 특정 DNA 구조 특징(예: G4 모티프), 그리고 조절 단백질 및 전사 간섭 간의 복잡한 상호작용이 포함된다. 중요한 것은 기점 특성이 한 유기체 내의 다른 기점과 종마다 다를 뿐만 아니라, 발생 및 세포 분화 중에도 일부가 변할 수 있다는 것이다. 초파리 여포 세포의 코리온 유전자좌는 개시 사건의 공간적 및 발달적 조절의 잘 확립된 예시이다. 이 영역은 난자 형성 중 정의된 단계에서 DNA 복제 의존적 유전자 증폭을 겪으며, 코리온 기점의 적시적이고 특이적인 활성화에 의존하는데, 이는 다시 기점 특이적 시스 요소와 Myb 복합체, E2F1, E2F2를 포함한 여러 단백질 인자에 의해 조절된다. 후생동물 기점의 이러한 조합적 지정 및 다인성 조절은 진핵생물 전체에 걸쳐 복제 시작 부위의 위치를 결정하는 통합적 특징을 식별하는 것을 복잡하게 만들었다.
복제 기점 진핵생물
복제 개시 및 기점 인식을 용이하게 하기 위해 다양한 종의 ORC 어셈블리는 개시자가 염색체 기점 또는 일반적으로 염색체에 표적화되는 것을 돕는다고 여겨지는 특수 보조 도메인을 진화시켰다. 예를 들어, S. pombe ORC의 ORC4 서브유닛은 AT가 풍부한 DNA에 우선적으로 결합하는 여러 AT-hook을 포함하는 반면, 후생동물(동물) ORC에서는 ORC6의 TFIIB 유사 도메인이 유사한 기능을 수행한다고 여겨진다. 후생동물 ORC1 단백질은 또한 H4K20me2-뉴클레오솜과 상호작용하는 브로모-인접 상동성(BAH) 도메인을 가지고 있다. 특히 포유류 세포에서 H4K20 메틸화는 효율적인 복제 개시에 필요하다고 보고되었으며, Orc1의 BAH 도메인은 염색체 및 엡스타인-바 바이러스 기점 의존적 복제와 ORC의 연관을 촉진한다. 따라서 두 관찰이 적어도 후생동물의 일부에서 기계적으로 연결되어 있다고 추측하는 것은 흥미롭지만, 이 가능성은 향후 연구에서 더 탐구되어야 한다. 특정 DNA 또는 후성유전학적 특징의 인식 외에도 ORC는 LRWD1, PHIP (또는 DCAF14), HMGA1a 등을 포함하여 개시자 모집을 돕는 여러 파트너 단백질과 직간접적으로 연관된다. 흥미롭게도 초파리 ORC는 출아 효모 ORC와 마찬가지로 DNA를 구부리며, 음성 초나선이 이 복합체의 DNA 결합을 강화한다고 보고되어 DNA 형태와 유연성이 후생동물 유전체 전체에 걸쳐 ORC 결합 부위의 위치에 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. ORC의 DNA 결합 영역이 S. cerevisiae에서와 같이 특정 DNA 서열 대신 후생동물의 DNA 이중체 구조적 특성을 어떻게 판독하는지에 대한 분자적 이해는 DNA에 결합된 후생동물 개시자 어셈블리의 고해상도 구조 정보가 있을 때까지 기다려야 한다. 마찬가지로, 후생동물 시스템에서 다양한 후성유전학적 요인이 개시자 모집에 어떻게 기여하는지는 잘 정의되어 있지 않으며, 더 자세히 다루어야 할 중요한 질문이다.
복제 기점 진핵생물
기점으로 모집되면 ORC와 그 보조 인자인 Cdc6 및 Cdt1은 미니염색체 유지 2-7 (Mcm2-7) 복합체를 DNA에 배치하는 과정을 주도한다. 고세균 복제 헬리케이스 코어처럼 Mcm2-7은 기점을 허가하기 위해 머리-머리 이중 육량체 형태로 DNA에 로딩된다. S기에는 Dbf4 의존성 인산화효소(DDK) 및 사이클린 의존성 인산화효소 (CDK)가 여러 Mcm2-7 서브유닛과 추가 개시 인자를 인산화하여 헬리케이스 공동 활성자 Cdc45 및 GINS의 모집, DNA 용융, 그리고 최종적으로 허가된 기점 중 일부에서 양방향 복제소 조립을 촉진한다. 효모와 후생동물 모두에서 기점은 뉴클레오솜이 없거나 고갈되어 있는데, 이는 Mcm2-7 로딩에 결정적인 특성이며, 기점의 염색질 상태가 개시자 모집뿐만 아니라 헬리케이스 로딩도 조절한다는 것을 나타낸다. 허용적인 염색질 환경은 기점 활성화에 더욱 중요하며, 기점 효율성과 기점 발사 시기 조절에 관여하는 것으로 알려져 있다. 진정염색질 기점은 일반적으로 활성 염색질 표지를 포함하며, 일찍 복제되고, 억제 표지로 특징지어지는 늦게 복제되는 이질염색질 기점보다 더 효율적이다. 놀랍지 않게도, 여러 염색질 재형성 효소 및 염색질 변형 효소가 기점 및 특정 개시 인자와 연관되어 있음이 밝혀졌지만, 그 활동이 다양한 복제 개시 사건에 어떻게 영향을 미치는지는 대부분 불분명하다. 놀랍게도 시스 작용 "초기 복제 제어 요소"(ECRE)도 최근 복제 시기를 조절하고 포유류 세포에서 3D 유전체 구조에 영향을 미치는 데 도움이 되는 것으로 확인되었다. 3D 유전체 조직, 국부적 및 고차 염색질 구조, 복제 개시 간의 복잡한 상호작용을 조율하는 분자 및 생화학적 메커니즘을 이해하는 것은 추가 연구를 위한 흥미로운 주제이다.
복제 기점 진핵생물
후생동물의 복제 기점이 원핵생물 및 출아 효모에서 복제 시작 부위를 결정하는 DNA 서열 특이적 인식 패러다임에서 벗어난 이유는 무엇일까? 후생동물 기점이 초파리 및 포유류 세포의 프로모터 영역과 자주 공존하고, 기저 분자 기구의 충돌로 인한 복제-전사 충돌이 DNA 손상으로 이어질 수 있다는 관찰은 전사와 복제의 적절한 조율이 유전체 안정성 유지에 중요함을 시사한다. 최근 연구 결과는 또한 MCM2-7 로딩을 억제하거나 로딩된 MCM2-7을 염색체상에서 재배치함으로써 전사가 기점 위치에 영향을 미치는 데 더 직접적인 역할을 한다는 것을 지적한다. 서열 비의존적(그러나 반드시 무작위적이지는 않은) 개시자 DNA 결합은 헬리케이스 로딩 부위를 지정하는 데 추가적인 유연성을 허용하며, 전사 간섭 및 허가된 기점의 활성화 효율성 변동과 함께 기점 위치를 결정하고 발생 및 세포 운명 전환 중 DNA 복제 및 전사 프로그램의 공동 조절에 기여할 가능성이 높다. S. pombe에서의 개시 사건에 대한 전산 모델링과 후생동물에서의 세포 유형 특이적 및 발달 조절 기점의 식별은 이러한 개념과 일치한다. 그러나 단일 개체군 내의 다른 세포들 사이에서도 기점 선택에 상당한 유연성이 존재하지만, 기점 사용의 이질성을 유도하는 분자 메커니즘은 잘 정의되어 있지 않다. 후생동물 시스템에서 단일 세포의 기점을 매핑하고 이러한 개시 사건을 단일 세포 유전자 발현 및 염색질 상태와 상관시키는 것은 기점 선택이 순전히 확률적인지 또는 정의된 방식으로 제어되는지를 밝히는 데 중요할 것이다.
복제 기점 바이러스
바이러스는 종종 단일 복제 기점을 가지고 있다.
다양한 단백질이 바이러스 복제에 관여한다고 기술되었다. 예를 들어, 폴리오마바이러스는 SV40 큰 T 항원이 존재할 경우 바이러스 복제 기점에 부착되는 숙주 DNA 중합효소를 활용한다.
복제 기점 변형
DNA 복제는 유전적 유전에 필수적이지만, 모든 염색체가 유전자 복제 수를 유지하기 위해 온전히 복사되는 한, 정의된, 부위 특이적 복제 기점은 기술적으로 유전체 복제에 필수적인 요구 사항은 아니다. 예를 들어, 특정 박테리오파지와 바이러스는 전용 기점과 독립적으로 상동 재조합에 의해 DNA 복제를 시작할 수 있다. 마찬가지로 할로페락스 볼카니이 고세균은 내인성 기점이 삭제될 때 재조합 의존적 개시를 사용하여 유전체를 복제한다. 파열 유도 또는 전사 개시 복제를 통한 유사한 비정형 개시 사건이 대장균 및 S. cerevisiae에서 보고되었다. 그럼에도 불구하고, 이러한 예외적인 상황에서도 세포가 생존력을 유지할 수 있음에도 불구하고, 기점 의존적 개시는 생명의 다양한 영역에서 보편적으로 채택된 일반적인 전략이다.
복제 기점 변형
또한 복제 개시의 상세한 연구는 제한된 수의 모델 시스템에 집중되었다. 광범위하게 연구된 균계와 후생동물은 모두 후편모생물 상군에 속하며, 진핵생물 영역의 진화적 지형 중 극히 일부만을 대표한다. 키네토플라스티드나 테트라하이메나와 같은 다른 진핵 모델 시스템에 대한 노력은 상대적으로 적었다. 놀랍게도 이러한 연구들은 효모와 후생동물에 비해 기점 특성과 개시자 구성 모두에서 흥미로운 차이점을 밝혀냈다.
사일런서
유전학에서 사일런서(silencer)는 억제자라고 불리는 전사 조절 인자를 결합할 수 있는 DNA 서열이다. DNA는 유전자를 포함하며 전령 RNA (mRNA)를 생산하기 위한 주형을 제공한다. 이 mRNA는 단백질로 번역된다. 억제자 단백질이 DNA의 사일런서 영역에 결합하면, RNA 중합효소는 DNA 서열을 RNA로 전사하는 것을 방해받는다. 전사가 차단되면 RNA가 단백질로 번역되는 것은 불가능하다. 따라서 사일런서는 유전자가 단백질로 발현되는 것을 방지한다.
DNA 의존성 효소인 RNA 중합효소는 뉴클레오타이드라고 불리는 DNA 서열을 3'에서 5' 방향으로 전사하며 상보적인 RNA는 5'에서 3' 방향으로 합성된다. RNA는 DNA와 유사하지만, 티민 대신 아데닌과 염기쌍을 형성하는 우라실을 포함한다. RNA에서 유전자 억제 및 발현 활동에 중요한 영역은 3' 비번역 영역이다. 이 영역은 RNA의 3' 말단에 위치하며 단백질로 번역되지 않지만 많은 조절 영역을 포함한다.
사일런서에 대해서는 아직 많이 알려져 있지 않지만, 과학자들은 더 많은 유형, 게놈 내 위치, 사일런서와 관련된 질병을 분류하기 위해 계속 연구하고 있다.
사일런서 기능
사일런서는 특정 유전자의 전사에 음성적인 영향을 유도하는 서열 특이적 요소이다. 사일런서 요소가 DNA에 위치할 수 있는 위치는 다양하다. 가장 일반적인 위치는 표적 유전자의 상류에서 발견되며, 유전자의 전사를 억제하는 데 도움이 된다. 이 거리는 유전자 상류 약 -20 bp에서 -2000 bp 사이로 크게 다를 수 있다. 특정 사일런서는 유전자 자체의 인트론 또는 엑손 내에 위치한 촉진유전자 하류에서 발견될 수 있다. 사일런서는 mRNA의 3' 비번역 영역 (3' UTR) 내에서도 발견되었다.
사일런서 기능
현재 DNA에는 고전적 사일런서 요소와 비고전적 음성 조절 요소 (NRE)의 두 가지 주요 유형의 사일런서가 있다. 고전적 사일런서에서는 사일런서 요소에 의해 유전자가 능동적으로 억제되며, 주로 일반 전사 인자 (GTF) 조립을 방해함으로써 이루어진다. NRE는 유전자를 수동적으로 억제하며, 일반적으로 유전자 상류에 있는 다른 요소를 억제함으로써 이루어진다. NRE 중에는 특정 사일런서가 방향 의존적이라는 의미로, 결합 인자가 다른 서열에 대해 특정 방향으로 결합한다. 촉진유전자 의존적 사일런서는 위치 및 방향 의존적이지만 촉진유전자 특이적 인자도 사용해야 하므로 사일런서 요소로 이해된다. 최근에는 폴리콤 그룹 반응 요소 (PRE)가 발견되었는데, 이는 결합하는 단백질과 비코딩 전사의 존재에 따라 억제를 허용하고 억제할 수 있다.
사일런서 기능
고전적 사일런서의 경우 신호전달 경로는 비교적 간단하다. 억제가 활성이므로 사일런서 요소는 유전자 전사에 필요한 GTF의 조립을 표적으로 한다. 이러한 사일런서 요소는 주로 유전자 상류에 위치하며 짧은 거리에서 긴 거리까지 다양할 수 있다. 장거리 사일런서의 경우 DNA가 루프를 형성하여 사일런서를 촉진유전자에 더 가깝게 가져오고 방해 DNA를 루프 밖으로 내보내는 것이 관찰되었다. 사일런서는 또한 아데닌과 티민 (AT)이 풍부하고 DNA를 풀기 쉬워 전사를 시작할 공간을 제공하는 DNA의 헬리케이스 부위를 표적으로 한다. 헬리케이스 활성이 억제되면 전사가 억제된다. 이는 인간 갑상선 자극 호르몬-β 유전자 촉진유전자에서 흔히 볼 수 있다. NRE는 Yin-Yang 1 (YY1)에 NRE가 결합할 때와 같이 촉진유전자 영역에 굴곡을 유도하여 상호작용을 차단할 수 있으며, 조절 신호 또는 촉진유전자 영역을 측면에서 감쌀 수도 있다. 사일런서 영역이 인트론 내에 위치할 때 두 가지 유형의 억제가 있을 수 있다. 첫째, 스플라이스 부위의 물리적 차단이 있을 수 있다. 둘째, RNA 가공을 억제할 DNA의 굴곡이 있을 수 있다.