유전자 생성의 숨겨진 메커니즘

헬싱키 대학 연구진이 순간 출산을 일으키는 메커니즘을 발견했다. DNA 이는 비암호화 DNA 서열로부터 새로운 마이크로RNA 유전자의 생성으로 이어질 수 있습니다. 이 발견은 DNA 복제 오류와 그에 미치는 영향을 연구하는 동안 이루어졌습니다. RNA 분자 구조는 유전자의 기원에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

살아있는 유기체의 복잡성은 유전자 내에 암호화되어 있습니다. 그런데 이 유전자는 어디서 오는 것일까요? 헬싱키 대학의 연구자들은 작은 조절 유전자의 기원에 관한 뛰어난 문제를 해결하고 DNA 상동성을 생성하는 메커니즘을 설명했습니다. 적절한 조건에서 이러한 상동체는 microRNA 유전자로 발전합니다.

유전자와 단백질: 생명의 구성 요소

인간 게놈에는 ca. 단백질을 만드는 데에는 20,000개의 유전자가 사용됩니다. 이러한 고전적 유전자의 작용은 수천 개의 조절 유전자에 의해 조정되며, 그 중 가장 작은 것은 길이가 22개 염기쌍인 microRNA 분자를 암호화합니다. 유전자의 수는 비교적 일정하게 유지되지만 진화 과정에서 새로운 유전자가 나타나는 경우도 있습니다. 생물학적 생명의 기원과 마찬가지로, 새로운 유전자의 기원은 계속해서 과학자들을 매료시키고 있습니다.

교대 퍼즐을 풀어보세요

모든 RNA 분자는 분자를 기능적 형태로 고정하는 교대 염기 세트가 필요합니다. 중요한 것은, 이러한 점진적인 교대 경로를 형성하는 무작위 염기 돌연변이의 가능성은 단순한 microRNA 유전자의 경우에도 매우 작다는 것입니다. 따라서 이러한 교대 시퀀스의 기원은 연구자들을 당황하게 했습니다. 핀란드 헬싱키 대학 생명공학 연구소의 전문가들은 완전한 DNA 상동체를 즉시 생성할 수 있는 메커니즘을 설명하여 이전에 코딩되지 않은 DNA 서열에서 새로운 마이크로RNA 유전자를 생성함으로써 이 퍼즐을 풀었습니다.

DNA 복제에 대한 통찰력

핀란드 아카데미가 자금을 지원하는 프로젝트에서 연구자들은 DNA 복제 오류를 연구했습니다. 프로젝트 리더인 Ari Luitinoja는 DNA 복제를 텍스트 인쇄에 비유합니다.

“DNA는 한 번에 한 염기씩 복사되는데, 돌연변이는 대개 노트북 키보드의 잘못된 획과 같이 하나의 잘못된 염기에서 발생합니다. 우리는 다른 맥락에서 텍스트를 복사하여 붙여넣는 것과 같이 더 큰 오류를 초래하는 메커니즘을 연구했습니다. 우리는 특히 관심을 가졌습니다. 대칭 텍스트를 생성하기 위해 텍스트를 거꾸로 복사했을 때.

연구자들은 DNA 복제의 오류 메커니즘을 연구하고 일부 오류가 헤어핀 구조로 변형될 수 있는 상동체를 생성한다는 사실을 관찰했습니다. 크레딧: Ari Löytynoja

RNA 구조와 DNA 오류.

연구자들은 DNA 복제 오류가 때때로 유익할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 그들은 이러한 발견을 RNA 생물학 전문가인 Mikko Freelander에게 설명했습니다. 그는 즉시 RNA 분자 구조와의 연관성을 보았습니다.

“RNA 분자에서 인접한 상동체의 염기는 쌍을 이루어 머리핀과 같은 구조를 형성할 수 있습니다. 이러한 구조는 RNA 분자의 기능에 필수적입니다.”라고 그는 설명합니다.

연구자들은 구조가 단순하기 때문에 microRNA 유전자에 초점을 맞추기로 결정했습니다. 유전자는 매우 짧으며(다섯 개의 염기로 구성됨) 제대로 기능하려면 머리핀 구조로 접혀야 합니다.

핵심 아이디어는 맞춤형 컴퓨터 알고리즘을 사용하여 유전자 이력을 모델링하는 것이었습니다. 박사후 연구원인 헬레 몬테이넨(Helle Monteinen)에 따르면, 이는 현재까지 유전자의 기원에 대한 가장 근접한 조사를 가능하게 한다고 합니다.

“수십 마리의 영장류와 포유류의 전체 게놈이 알려져 있습니다. 이들의 게놈을 비교하면 어떤 것이 무엇인지 알 수 있습니다. 나누다 그것은 부족한 마이크로RNA의 회문쌍을 가지고 있습니다. “역사의 상세한 모델링을 통해 우리는 단일 돌연변이 사건에 의해 완전한 상동체가 생성된다는 것을 알 수 있습니다”라고 Montinen은 말했습니다.

기본 아이디어는 관련 종의 정보를 사용하여 유전자 이력을 모델링하는 것이었습니다. 모델링을 통해 마이크로RNA 유전자의 상동체가 단일 돌연변이 사건에 의해 생성되는 것으로 나타났습니다. 크레딧: Ari Löytynoja

고고학과 세계주의

헬싱키의 연구자들은 인간과 다른 영장류에 초점을 맞춤으로써 새로 발견된 메커니즘이 새로운 마이크로RNA 유전자의 적어도 4분의 1을 설명할 수 있음을 입증했습니다. 다른 진화 계통에서도 유사한 사례가 발견되었기 때문에 기원 메커니즘은 보편적인 것으로 보입니다.

원칙적으로 마이크로RNA 유전자의 출현은 매우 쉬워서 새로운 유전자가 인간의 건강에 영향을 미칠 수 있습니다. Helle Montinen은 예를 들어 생물학적 생명의 기본 원리를 이해하는 등 더 큰 규모의 작업이 중요하다고 생각합니다.

“무에서 새로운 유전자의 출현은 연구자들을 놀라게 했습니다. 이제 우리는 RNA 유전자의 진화에 대한 우아한 모델을 갖게 되었습니다.”

이번 발견은 작은 조절 유전자에 기초한 것이지만, 연구자들은 이번 발견이 다른 유전자와 RNA 분자에도 일반화될 수 있다고 믿습니다. 예를 들어, 새로 발견된 메커니즘에 의해 생성된 원료를 사용하여 자연 선택은 더 복잡한 RNA 구조와 기능을 생성할 수 있습니다.

이 연구는 사람들과 함께.

참조: Heli AM Mönttinen, Mikko J. Frilander 및 Ari Löytynoja의 “DNA 복제 중 템플릿 전환을 통한 miRNA의 새로운 생성”, 2023년 11월 29일, 국립과학원(National Academy of Sciences)의 간행물.
도이: 10.1073/pnas.2310752120